KR20160007219A - 유전체 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents
유전체 조성물 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20160007219A KR20160007219A KR1020140087576A KR20140087576A KR20160007219A KR 20160007219 A KR20160007219 A KR 20160007219A KR 1020140087576 A KR1020140087576 A KR 1020140087576A KR 20140087576 A KR20140087576 A KR 20140087576A KR 20160007219 A KR20160007219 A KR 20160007219A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- barium titanate
- batio
- dielectric
- powder
- metal
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims description 35
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 65
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 65
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims description 64
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 34
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 22
- 239000011669 selenium Substances 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 12
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 6
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 5
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 abstract 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 84
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 17
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 13
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 8
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 6
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 5
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 4
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical class [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RQPZNWPYLFFXCP-UHFFFAOYSA-L barium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ba+2] RQPZNWPYLFFXCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 229910001863 barium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L barium carbonate Chemical compound [Ba+2].[O-]C([O-])=O AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- ZUDYPQRUOYEARG-UHFFFAOYSA-L barium(2+);dihydroxide;octahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.[OH-].[OH-].[Ba+2] ZUDYPQRUOYEARG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000003985 ceramic capacitor Substances 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000005325 percolation Methods 0.000 description 2
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N barium oxide Chemical compound [Ba]=O QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VKJLWXGJGDEGSO-UHFFFAOYSA-N barium(2+);oxygen(2-);titanium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Ba+2] VKJLWXGJGDEGSO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 239000012776 electronic material Substances 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000002075 main ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- LLZRNZOLAXHGLL-UHFFFAOYSA-J titanic acid Chemical compound O[Ti](O)(O)O LLZRNZOLAXHGLL-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
- H01B3/02—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances
- H01B3/10—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances metallic oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G23/00—Compounds of titanium
- C01G23/003—Titanates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B17/00—Insulators or insulating bodies characterised by their form
- H01B17/56—Insulating bodies
- H01B17/64—Insulating bodies with conductive admixtures, inserts or layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/002—Details
- H01G4/018—Dielectrics
- H01G4/06—Solid dielectrics
- H01G4/08—Inorganic dielectrics
- H01G4/12—Ceramic dielectrics
- H01G4/1209—Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material
- H01G4/1218—Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material based on titanium oxides or titanates
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Capacitors (AREA)
Abstract
본 발명은 유전체 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 주성분인 티탄산바륨(BaTiO3) 페이스트와, 티탄산바륨 분말에 유전체 대비 1 내지 30vol%의 부성분을 포함하는 고유전율을 갖는 유전체 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 유전체 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고유전율을 갖는 유전체 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 전자부품 산업의 고성능화 및 경박단소화가 진행됨에 따라, 적층 세라믹 커패시터(MLCC)도 소형화, 박층화, 고용량화, 고주파 영역에서의 저임피던스화 등의 특성을 구현하기 위한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 이에 따라, MLCC의 강유전체 재료로 사용되는 티탄산바륨(BaTiO3) 입자는 작은 크기를 가지면서 우수한 유전율 및 신뢰성을 가지도록 요구되고 있다.
그러나, 티탄산바륨(BaTiO3) 분말 제조 과정에서 입자의 크기를 조절하는 것은 어려우며, 일반적으로 입자의 최소 분말 크기가 1 미크론 전후로 상당히 크다. 또한, 입자들의 뭉침 현상과 소성 시에 발생하는 오염 등의 문제로 티탄산바륨(BaTiO3)을 미립자로 제조하는데 어려움이 있다.
이와 같이, 티탄산바륨(BaTiO3) 유전체 조성 중심의 MLCC 유전체 용량이 한계에 부딪히면서 실제 특정 사이즈 안에서 고용량을 구현하기 위해 티탄산바륨(BaTiO3)에 각종 원소를 도핑(doping)하는 연구가 지속되고 있지만, 이러한 방법으로는 유전율을 상승시키기 어려운 상황이다. 또한, 산업계에서 티탄산바륨(BaTiO3)의 유전율을 능가하는 소재를 찾고 있지만 현실적으로 어려운 상태에 있다.
따라서, 본 발명은 유전체의 주성분인 티탄산바륨(BaTiO3)에 유전체 대비 1 내지 30vol%의 금속 입자 부성분을 첨가함으로써, 유전체 조성물의 유전율을 향상시키는 데 발명의 목적이 있다.
본 발명에 따른 유전체 조성물의 상기 목적은, 티탄산바륨(BaTiO3) 페이스트를 주성분으로 하고, 티탄산바륨(BaTiO3) 분말에 유전체 대비 1 내지 30vol%의 금속 입자 부성분을 첨가함으로써 고유전율을 갖는 유전체 조성물을 제조하는 것이다.
이를 위하여 상기 금속 입자 부성분은 유전체와 금속 입자 표면의 쇼트키 장벽(Schottky barrier)을 크게 할 수 있는 물질인 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 금(Au) 및 셀레늄(Se) 중 하나 이상일 수 있으며, 평균 입자의 크기가 5 내지 600nm일 수 있다.
본 발명의 다른 목적은, 티탄산바륨(BaTiO3) 분말을 준비하고, 상기 티탄산바륨(BaTiO3) 분말에 1 내지 30vol%의 금속 입자 부성분을 첨가하여 혼합한 뒤, 상기 티탄산바륨(BaTiO3) 분말과 금속 입자 부성분의 혼합물을 바인더에 분산시켜 페이스트를 제조하는 유전체 조성물의 제조방법에 의해 달성될 수 있다.
이때, 상기 금속 입자 부성분은 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 금(Au) 및 셀레늄(Se) 중 하나 이상일 수 있으며, 평균 입자의 크기가 5 내지 600nm일 수 있다. 또한, 상기 금속 입자 부성분을 첨가하여 혼합하는 단계에서, 첨가제, 유기용제, 가소제, 결합제, 분산제를 더 포함할 수 있으며, 상기 혼합물을 바인더에 분산시켜 페이스트를 제조하는 단계는, 밀링(milling) 공정을 통해 수행될 수 있다.
본 발명의 유전체 조성물 및 이의 제조방법은, 유전체 주성분인 티탄산바륨(BaTiO3)에 유전체 대비 1 내지 30vol%의 금속 입자 부성분을 첨가함으로써, 유전체 조성물의 유전율을 순수 티탄산바륨(BaTiO3)의 유전율보다 향상시킬 수 있다.
도 1은 부성분인 니켈(Ni) 금속 입자의 크기(nm)에 따른 밴드갭 값을 나타낸 그래프
도 2는 부성분인 니켈(Ni) 금속 입자의 크기(nm)에 따른 surface/vol ratio를 나타낸 그래프
도 3은 본 발명에 따른 유전체 조성물의 제조방법의 공정 순서도
도 2는 부성분인 니켈(Ni) 금속 입자의 크기(nm)에 따른 surface/vol ratio를 나타낸 그래프
도 3은 본 발명에 따른 유전체 조성물의 제조방법의 공정 순서도
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 기술 등은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 더불어, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어들은 실시 예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 다수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
유전체 조성물의 조성
본 발명의 실시 예에 의한 유전체 조성물은 티탄산바륨(BaTiO3) 분말에 부성분으로서 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 금(Au) 및 셀레늄(Se) 중 하나 이상의 금속 입자를 포함하여 티탄산바륨(BaTiO3) 분말과 금속 입자 부성분의 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 바인더에 분산시켜 페이스트를 제조할 수 있다.
티탄산바륨(BaTiO3)은 유전체의 주성분으로 사용되고, 부성분인 금속 입자는 유전체와 금속 입자 표면의 쇼트키 장벽(Schottky barrier)을 크게 하여 금속 입자 주위에 공간 전하층(space charge layer)이 형성되게 함으로써 유전체 조성물의 유전율을 향상시킬 수 있다.
티탄산바륨(Barium Titanate)은 산화바륨(BaO) 및 산화티탄(IV) TiO2로 이루어진 화합물로서 오르토티탄산바륨(Ba2TiO4) 및 메타티탄산바륨(BaTiO3)의 두 가지 이성질체가 존재한다. 일반적으로 유전체의 주성분으로 상기 2가지 이성질체 중 메타티탄산바륨(BaTiO3)을 사용하며 본 발명에서는 이를 이하 티탄산바륨(BaTiO3)으로 칭한다.
티탄산바륨(BaTiO3)은 페로브스카이트(perovskite) 결정구조를 갖는 세라믹 물질로, 높은 유전상수와 강유전체의 특성 때문에 전자 재료 분야에서 다양한 용도로 사용되고 있다. 특히 적층 세라믹 커패시터(MLCC)의 주원료로 티탄산바륨(BaTiO3)이 사용됨에 따라, 초소형 및 초고용량화 되어가는 MLCC의 유전율을 높이기 위해 티탄산바륨(BaTiO3)에 각종 원소를 도핑하거나 티탄산바륨(BaTiO3) 표면에 첨가제 입자를 얇게 코팅하여 코어-쉘 구조를 형성하는 등의 유전율을 높이는 방법들이 지속적으로 연구되고 있다.
일반적으로, 정해진 크기의 MLCC에서 초고용량 유전율을 구현하는 방법은 크게 3가지가 있다. 유전체의 두께를 줄여서 커패시턴스(capacitance)를 향상시키는 방법, 적층 수를 늘리는 방법 그리고 유전체의 조성을 개발하는 방법이다. 본 발명에서는 세 번째로 제시된 유전체의 조성을 개발하는 방법을 통해 소형화, 고용량화 되어가는 MLCC의 유전율을 향상시키고자 한다.
따라서, 유전체 주성분인 티탄산바륨(BaTiO3)에 유전체와 금속 입자 표면의 쇼트키 장벽(Schottky barrier)을 크게 할 수 있는 물질인 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 금(Au) 및 셀레늄(Se) 중 하나 이상의 금속 원소들을 첨가함으로써 유전체 조성물의 유전율을 순수 티탄산바륨(BaTiO3)의 유전율보다 향상시킬 수 있다.
쇼트키 장벽(Schottky barrier)은 금속과 반도체를 접촉시켰을 때 발생하는 전위장벽(에너지 장벽)으로, 금속과 반도체를 접촉시키면 두 물체의 페르미 준위가 일치하도록 캐리어가 이동하고, 반도체 표면에 공간 전하층(space charge layer)이 형성되면서 전위장벽을 구성하게 된다.
티탄산바륨(BaTiO3)에 상기 금속 원소들을 첨가하여 만든 유전체 조성물의 유전율이 순수 티탄산바륨(BaTiO3)의 유전율보다 상승하는 이유는 상기와 같이 티탄산바륨(BaTiO3)과 금속 입자 표면 사이의 쇼트키 장벽이 발생하고, 이로 인해 공간 전하층의 효과가 발현되기 때문이다.
다시 말해, 티탄산바륨(BaTiO3)에 첨가되는 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 금(Au) 및 셀레늄(Se) 등의 금속 원소들은 유전체와 금속 입자 표면의 쇼트키 장벽을 크게 함으로써, 금속 입자 주위에 공간 전하층이 다른 금속/세라믹 물질 대비 보다 넓게 형성되게 하여 유전율이 상승하도록 할 수 있다.
이때, 금속 입자 주위에 형성되는 공간 전하층(space charge layer)이 많을수록 유전율 상승 효과는 커지며, 따라서 가능한 한 금속 입자의 크기는 작을수록 유리하다.
그러나, 도 1에 제시된 바와 같이 금속 입자의 크기가 너무 작을 경우, 금속 입자의 밴드갭(band gap)이 커지게 되어 더 이상 금속의 특성을 갖지 않게 되며, 이는 금속이 아닌 물질을 첨가하는 것과 동일한 효과를 가지게 된다.
도 1은 부성분인 니켈(Ni) 금속 입자의 크기(nm)에 따른 밴드갭의 값을 나타낸 그래프로, 제시된 바와 같이 니켈 입자의 크기가 5nm보다 작을 경우, 니켈 입자의 밴드갭(band gap) 값이 크게 증가하여 더 이상 니켈의 특성을 갖지 않게 된다.
또한, 도 2에 제시된 바와 같이 부성분인 니켈 입자의 크기가 600nm보다 클 경우 니켈 입자의 부피에 대한 표면적 비율(surface/vol ratio)이 1%보다 작아짐에 따라, 같은 양의 니켈 입자를 첨가할 때 표면적이 작아지게 되어 니켈 입자 주위에 형성되는 공간 전하층(space charge layer)의 감소로 유전율 상승 효과가 감소하게 되며, 내부 전극의 금속과 연결되어 short가 일어날 가능성이 많아지게 된다.
결국, 니켈 입자의 크기가 600nm일 때 니켈 입자의 부피에 대한 표면적 비율(surface/vol ratio)이 1%가 되므로, 니켈 입자의 크기가 600nm보다 작으면 니켈 입자의 부피에 대한 표면적 비율이 1%보다 커지게 되어 니켈 입자 주위에 형성되는 공간 전하층이 많아지며, 유전율 상승 효과를 기대할 수 있다.
따라서, 첨가되는 니켈 입자의 크기는 대략 5nm 이상 600nm 이하로 형성될 수 있으며, 이 범위는 니켈(Ni) 입자에 한정되지 않고 첨가되는 금속 입자로서 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 금(Au) 및 셀레늄(Se) 등에도 동일하게 적용될 수 있다.
한편, 티탄산바륨(BaTiO3)에 첨가되는 금속 입자의 양은 유전체 대비 대략 1 내지 30vol%일 수 있다. 첨가되는 금속 입자의 양이 1vol% 미만일 경우 금속 입자의 첨가 효과를 기대할 수 없으며, 금속 입자의 양이 30vol%를 초과하면 내부에서 금속 입자가 서로 연결되면서(percolation) 적층형 세라믹 소자의 내부 전극 간 쇼트가 발생하여 유전체로서의 기능을 할 수 없게 된다.
첨가되는 금속 원소는 상기와 같은 분말 형태뿐 아니라, 페이스트(paste) 형태로도 첨가될 수 있다.
유전체 조성물의 제조방법
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유전체 조성물의 제조방법을 순서대로 도시한 공정도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 유전체 조성물의 제조방법은 다음과 같이 구성될 수 있다.
티탄산바륨(BaTiO3) 분말을 준비하는 단계(S310)와, 상기 티탄산바륨(BaTiO3) 분말에 1 내지 30vol%의 금속 입자 부성분을 첨가하여 혼합하는 단계(S320)와, 상기 티탄산바륨(BaTiO3) 분말과 금속 입자 부성분의 혼합물을 바인더에 분산시켜 페이스트를 제조하는 단계(S330)로 구성될 수 있다.
상기 티탄산바륨(BaTiO3) 분말을 준비하는 단계(S310)에서는, 티탄산바륨(BaTiO3) 분말의 원재료를 칭량 및 혼합하여 혼합물을 형성하고, 이 혼합물을 반응 및 건조하여 티탄산바륨(BaTiO3) 분말을 얻을 수 있다.
구체적으로, 바륨(Ba)을 이온화한 수산화바륨 원자재를 마련하고, 산 또는 염기에 분산된 티타늄(Ti) 원자재를 마련한 후, 상기 수산화바륨 및 티타늄 원자재를 칭량 및 혼합한다. 바륨 원자재로는 수산화바륨이 사용될 수 있다. 수산화바륨 팔수화물(Ba(OH)28H2O)을 대기 중 이산화탄소에 의하여 바륨카보네이트가 형성이 안되도록 질소 분위기에서 교반하며 70℃ 이상으로 가온하여 완전하게 용해시킬 수 있다.
티타늄 원자재로는 함수티탄(TiOx /2(OH)4-x) 또는 산화티탄(TiO2) 졸이 사용될 수 있다. 함수티탄을 이용할 경우 소량의 암모니아 등의 염기성 물질을 넣고, 밀링을 하여 분산시켜 마련할 수 있다. 산화티탄 졸은 탄소 체인(chain)이 긴 분산제를 이용하여 분산하는 것보다는 산 또는 염기에 의하여 분산된 졸을 사용하는 것이 좋다. 티타늄 원자재의 입자 크기는 작을수록 바람직하다.
용해된 수산화바륨 팔수화물에 상기 분산된 티타늄 졸을 혼합시켜 티탄산바륨(BaTiO3) 분말을 제조할 수 있다.
티탄산바륨(BaTiO3) 분말이 준비되면, 티탄산바륨 분말에 다양한 첨가제, 유기용제, 가소제, 결합제, 분산제 등을 넣고, 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 금(Au) 및 셀레늄(Se) 등의 금속 원소들 중 하나 이상을 유전체 대비 1 내지 30vol% 첨가하여 혼합(S320)한다.
티탄산바륨(BaTiO3) 분말에 첨가되는 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 금(Au) 및 셀레늄(Se) 등의 금속 원소들은 유전체와 금속 입자 표면의 쇼트키 장벽(Schottky barrier)을 크게 함으로써 이로 인해 공간 전하층(space charge layer)의 효과가 발현되도록 할 수 있다.
즉, 티탄산바륨(BaTiO3) 분말에 첨가되는 금속 입자 주위에 공간 전하층이 많이 형성될수록 유전율 상승 효과는 커지는데, 이는 티탄산바륨(BaTiO3)의 유전율과 함께 유전체와 금속 입자 계면의 공간 전하층에 의한 유전율 그리고 유전체와 산화 금속(metal oxide) 계면의 공간 전하층에 의한 유전율에 의한 것이다.
이때, 첨가되는 금속 입자의 크기는 대략 5nm 이상 600nm 이하로 형성될 수 있다. 금속 입자의 크기가 5nm보다 작을 경우, 금속 입자의 밴드갭(band gap)이 커짐에 따라 더 이상 금속의 특성을 갖지 않으며 이는 금속이 아닌 물질을 첨가하는 것과 동일한 효과를 가지게 된다.
또한, 금속 입자의 크기가 600nm보다 클 경우 금속 입자의 부피에 대한 표면적 비율(surface/vol ratio)이 1%보다 작아짐에 따라, 같은 양의 금속 입자를 첨가할 때 표면적이 작아지게 되어 금속 입자 주위에 형성되는 공간 전하층의 감소로 유전율 상승 효과는 작아지게 되며, 더군다나 내부전극의 금속과 연결되어 short될 가능성이 커진다.
결국, 금속 입자의 크기가 600nm일 때 금속 입자의 부피에 대한 표면적 비율(surface/vol ratio)이 1%가 되므로, 금속 입자의 크기가 600nm보다 작으면 금속 입자의 부피에 대한 표면적 비율이 1%보다 커지게 되어 금속 입자 주위에 형성되는 공간 전하층이 많아지며, 따라서 유전율 상승 효과를 기대할 수 있다.
티탄산바륨(BaTiO3) 분말에 첨가되는 금속 원소의 양은 유전체 대비 대략 1 내지 30vol%로, 금속 입자의 양이 1vol% 미만일 경우 금속 입자의 첨가 효과를 기대할 수 없으며, 금속 입자의 양이 30vol%를 초과하면 내부에서 금속 입자가 서로 연결되면서(percolation) 적층형 세라믹 소자의 내부 전극 간 쇼트가 발생하여 유전체로서의 기능을 할 수 없게 된다.
첨가되는 금속 원소는 상기와 같은 분말 형태뿐 아니라, 페이스트(paste) 형태로도 첨가될 수 있다.
다음으로, 상기 티탄산바륨(BaTiO3) 분말과 금속 입자 부성분의 혼합물을 바인더에 분산시켜 페이스트를 제조(S330)한다. 이때, 티탄산바륨(BaTiO3) 분말과 금속 입자 부성분이 잘 분산될 수 있도록 밀링(milling) 공정을 통해 분쇄 및 교반한다.
실시 예 1 : 부성분으로 니켈(
Ni
) 금속 입자가 5
vol
% 첨가된 유전체 조성물의 제조
1) 티탄산바륨(BaTiO3) 분말을 준비하고, 티탄산바륨 분말에 첨가제, 유기용제, 가소제, 결합제, 분산제 등을 넣고, 니켈(Ni) 금속 입자를 유전체 대비 5vol%를 첨가하여 티탄산바륨 페이스트를 제조한다.
2) 니켈 분말과 티탄산바륨 분말이 잘 분산될 수 있도록 밀링(milling) 공정을 통해 분쇄 및 교반한다.
3) 티탄산바륨 페이스트를 이용하여, 스크린 프린팅(screen printing) 기법으로 유전체 시트를 인쇄한다.
4) 인쇄된 유전체 시트 상에 도전성 페이스트를 이용하여 내부 전극을 인쇄한다.
5) 내부 전극이 형성된 유전체 시트를 적층하고, 소결(1100℃)한 후, 외부 전극을 형성하여 MLCC를 제조한다.
6) 소결 완료된 MLCC의 캐패시터 용량(pF/m) 및 비저항(Ω·㎝)을 측정한다.
실시 예 2와 실시 예 3은 부성분인 니켈(Ni) 금속 입자를 유전체 대비 각각 15vol%, 30vol% 첨가한 것을 제외하고, 실시 예 1과 동일하게 수행하였다.
비교 예 1 : 부성분이 첨가되지 않은 순수 티탄산바륨(
BaTiO
3
) 유전체의 제조
1) 티탄산바륨(BaTiO3) 분말을 준비하고, 티탄산바륨 분말에 첨가제, 유기용제, 가소제, 결합제, 분산제 등을 넣고 티탄산바륨 페이스트를 제조한다.
2) 티탄산바륨 페이스트를 이용하여, 스크린 프린팅(screen printing) 기법으로 유전체 시트를 인쇄한다.
3) 인쇄된 유전체 시트 상에 도전성 페이스트를 이용하여 내부 전극을 인쇄한다.
4) 내부 전극이 형성된 유전체 시트를 적층하고, 소결(1100℃)한 후, 외부 전극을 형성하여 MLCC를 제조한다.
5) 소결 완료된 MLCC의 캐패시터 용량(pF/m) 및 비저항(Ω·㎝)을 측정한다.
비교 예 2 : 부성분으로 니켈(
Ni
) 금속 입자가 35
vol
% 첨가된 유전체 조성물의 제조
1) 티탄산바륨(BaTiO3) 분말을 준비하고, 티탄산바륨 분말에 첨가제, 유기용제, 가소제, 결합제, 분산제 등을 넣고, 니켈(Ni) 금속 입자를 유전체 대비 35vol%를 첨가하여 티탄산바륨 페이스트를 제조한다.
2) 니켈 분말과 티탄산바륨 분말이 잘 분산될 수 있도록 밀링(milling) 공정을 통해 분쇄 및 교반한다.
3) 티탄산바륨 페이스트를 이용하여, 스크린 프린팅(screen printing) 기법으로 유전체 시트를 인쇄한다.
4) 인쇄된 유전체 시트 상에 도전성 페이스트를 이용하여 내부 전극을 인쇄한다.
5) 내부 전극이 형성된 유전체 시트를 적층하고, 소결(1100℃)한 후, 외부 전극을 형성하여 MLCC를 제조한다.
6) 소결 완료된 MLCC의 캐패시터 용량(pF/m) 및 비저항(Ω·㎝)을 측정한다.
상기와 같은 과정을 통해, 니켈(Ni) 금속 입자의 첨가량에 따라 측정된 유전체 조성물의 캐패시터 용량(pF/m) 및 비저항(Ω·㎝)은 다음의 표 1과 같다.
표 1을 통해 알 수 있듯이, 유전체의 주성분인 티탄산바륨(BaTiO3)에 니켈(Ni) 금속 입자를 첨가함에 따라 캐패시터 용량(pF/m)이 상승한다. 그러나, 니켈 금속 입자의 첨가량이 유전체 대비 30vol%가 넘어가게 되면, 캐패시터 용량(pF/m)은 상승하나 비저항(Ω·㎝)이 급격히 감소하면서 적층형 세라믹 소자에서 요구되는 105Ω·㎝ 를 넘지 못하게 된다.
따라서, 첨가되는 니켈 금속 입자의 첨가량은 유전체 대비 1 내지 30vol%가 적정하며, 이는 니켈 금속 입자에 한정되지 않고, 첨가되는 금속 입자로서 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 금(Au) 및 셀레늄(Se) 등도 동일하다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시 예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (8)
- 티탄산바륨(BaTiO3) 페이스트를 주성분으로 하고, 1 내지 30vol%의 금속 입자 부성분을 포함하는 유전체 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 금속 입자 부성분은 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 금(Au) 및 셀레늄(Se) 중 하나 이상인 유전체 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 금속 입자 부성분은 평균 입자의 크기가 5 내지 600nm인 것을 특징으로 하는 유전체 조성물.
- 티탄산바륨(BaTiO3) 분말을 준비하는 단계;
상기 티탄산바륨(BaTiO3) 분말에 1 내지 30vol%의 금속 입자 부성분을 첨가하여 혼합하는 단계;
상기 티탄산바륨(BaTiO3) 분말과 금속 입자 부성분의 혼합물을 바인더에 분산시켜 페이스트를 제조하는 단계;
를 포함하는 유전체 조성물의 제조방법.
- 제 4항에 있어서,
상기 금속 입자 부성분은 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 금(Au) 및 셀레늄(Se) 중 하나 이상인 유전체 조성물의 제조방법.
- 제 4항에 있어서,
상기 금속 입자 부성분은 평균 입자의 크기가 5 내지 600nm인 것을 특징으로 하는 유전체 조성물의 제조방법.
- 제 4항에 있어서,
상기 금속 입자 부성분을 첨가하여 혼합하는 단계에서,
첨가제, 유기용제, 가소제, 결합제, 분산제를 더 포함하는 유전체 조성물의 제조방법.
- 제 4항에 있어서,
상기 혼합물을 바인더에 분산시켜 페이스트를 제조하는 단계는,
밀링(milling) 공정을 통해 수행되는 유전체 조성물의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140087576A KR20160007219A (ko) | 2014-07-11 | 2014-07-11 | 유전체 조성물 및 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140087576A KR20160007219A (ko) | 2014-07-11 | 2014-07-11 | 유전체 조성물 및 이의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20160007219A true KR20160007219A (ko) | 2016-01-20 |
Family
ID=55307937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140087576A KR20160007219A (ko) | 2014-07-11 | 2014-07-11 | 유전체 조성물 및 이의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20160007219A (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110136959A (zh) * | 2018-02-08 | 2019-08-16 | 三星电机株式会社 | 电容器组件及制造该电容器组件的方法 |
| KR20190125876A (ko) | 2018-04-30 | 2019-11-07 | 삼성전기주식회사 | 적층형 커패시터 |
| WO2020153265A1 (ja) * | 2019-01-25 | 2020-07-30 | 京セラ株式会社 | コンデンサ |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090105972A (ko) | 2007-02-26 | 2009-10-07 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 유전체 세라믹, 및 적층 세라믹 콘덴서 |
-
2014
- 2014-07-11 KR KR1020140087576A patent/KR20160007219A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090105972A (ko) | 2007-02-26 | 2009-10-07 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 유전체 세라믹, 및 적층 세라믹 콘덴서 |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110136959A (zh) * | 2018-02-08 | 2019-08-16 | 三星电机株式会社 | 电容器组件及制造该电容器组件的方法 |
| KR20190096108A (ko) | 2018-02-08 | 2019-08-19 | 삼성전기주식회사 | 커패시터 부품 및 그 제조방법 |
| US10600573B2 (en) | 2018-02-08 | 2020-03-24 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Capacitor component and method of manufacturing the same |
| KR20190125876A (ko) | 2018-04-30 | 2019-11-07 | 삼성전기주식회사 | 적층형 커패시터 |
| US10699850B2 (en) | 2018-04-30 | 2020-06-30 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Multilayer capacitor including graphene platelets |
| WO2020153265A1 (ja) * | 2019-01-25 | 2020-07-30 | 京セラ株式会社 | コンデンサ |
| JP2020120038A (ja) * | 2019-01-25 | 2020-08-06 | 京セラ株式会社 | コンデンサ |
| CN113286769A (zh) * | 2019-01-25 | 2021-08-20 | 京瓷株式会社 | 电容器 |
| EP3915961A4 (en) * | 2019-01-25 | 2022-11-16 | Kyocera Corporation | CAPACITOR |
| US11887783B2 (en) | 2019-01-25 | 2024-01-30 | Kyocera Corporation | Capacitor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5472667B2 (ja) | バリスタ機能付き積層型半導体セラミックコンデンサとその製造方法 | |
| TWI511167B (zh) | Conductive paste, laminated ceramic electronic parts, and the method of manufacturing the laminated ceramic electronic parts | |
| CN107799303B (zh) | 多层陶瓷电容器和多层陶瓷电容器的制造方法 | |
| JP6003988B2 (ja) | 積層セラミックコンデンサの製造方法 | |
| JP5594373B2 (ja) | 半導体セラミックとその製造方法、及びバリスタ機能付き積層型半導体セラミックコンデンサとその製造方法 | |
| CN107799307B (zh) | 多层陶瓷电容器和多层陶瓷电容器的制造方法 | |
| JP5975370B2 (ja) | バリスタ機能付き積層型半導体セラミックコンデンサとその製造方法 | |
| JP4100173B2 (ja) | 誘電体セラミックおよび積層セラミックコンデンサ | |
| JP5397341B2 (ja) | バリスタ機能付き積層型半導体セラミックコンデンサ | |
| TWI734892B (zh) | 積層陶瓷電容器及其製造方法 | |
| JP2014022714A (ja) | 積層セラミック電子部品及びその製造方法 | |
| US20140226254A1 (en) | Conductive paste composition, multilayer ceramic capacitor using the same, and method of manufacturing multilayer ceramic capacitor using the same | |
| US20160141116A1 (en) | Metal powder, electronic component and method of producing the same | |
| KR20160007219A (ko) | 유전체 조성물 및 이의 제조방법 | |
| JP5648744B2 (ja) | 半導体セラミックコンデンサの製造方法 | |
| US9384894B2 (en) | Dielectric composition to be sintered at low temperature, multilayer ceramic electronic component containing the same, and method of manufacturing the multilayer ceramic electronic component | |
| JPWO2013175794A1 (ja) | 電圧非直線性抵抗体およびこれを用いた積層バリスタ | |
| JP5229685B2 (ja) | 誘電体セラミック、及び積層セラミックコンデンサ | |
| JP2018135254A (ja) | 誘電体組成物及び電子部品 | |
| JPWO2013058227A1 (ja) | バリスタ機能付き積層型半導体セラミックコンデンサとその製造方法 | |
| WO2016088675A1 (ja) | バリスタ機能付き積層型半導体セラミックコンデンサ | |
| JP5418993B2 (ja) | 積層型半導体セラミックコンデンサの製造方法、及び積層型半導体セラミックコンデンサ | |
| JP5668569B2 (ja) | 誘電体磁器組成物および電子部品 | |
| JP2002201064A (ja) | 誘電体磁器組成物、積層セラミックコンデンサとその製造方法 | |
| JP2006096574A (ja) | 誘電体磁器組成物、積層型セラミックコンデンサ、および電子部品 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |