KR20190121236A - 유전체 조성물 및 이를 포함하는 적층형 커패시터 - Google Patents

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Abstract

티탄산바륨(BaTiO3)을 포함하는 모재 분말; 및 상기 모재 분말 100몰(mol)에 대하여, 0.5 내지 1.5몰의 지르코늄(Zr); 을 포함하는 유전체 조성물 및 이 유전체 조성물을 포함하는 적층형 커패시터를 제공한다.

Description

유전체 조성물 및 이를 포함하는 적층형 커패시터{DIELECTRIC COMPOSITION AND MULTILAYERED CAPACITOR COMPRISING THE SAME}
본 발명은 유전체 조성물 및 이를 포함하는 적층형 커패시터에 관한 것이다.
적층형 커패시터는 유전체 재료를 사용하는 전자 부품으로, 용도 및 용량에 따라 다양한 크기와 형태를 가지며, 최근에는 적용되는 전자 제품의 추세에 따라 소형화 및 고집적화가 요구되고 있다.
적층형 커패시터의 소형화 및 고집적화를 위해서는 적층형 커패시터를 구성하는 유전체층과 내부 전극의 초박층화가 필요하다.
그러나, 유전체층과 내부 전극의 두께를 얇게 하면 동일 전압 인가 조건에서 유전체층에 걸리는 전계의 세기가 높아지기 때문에 DC-바이어스(bias) 특성이 악화될 수 있다.
또한, 적층형 커패시터에 사용하는 유전체는 온도 변화에 따라 유전율의 변화가 심하기 때문에, 특히 고온에서 적층형 커패시터의 용량 손실이 발생하는 문제가 있다.
국내공개특허 제2009-0105972호 일본등록특허 제4805938호
본 발명의 목적은, 유전체층의 두께를 얇게 하더라도, DC-바이어스 특성의 저하를 줄이 수 있고, 온도 변화에 따른 유전율의 변화와 고온에서의 용량의 손실을 최소화할 수 있는 유전체 조성물 및 이를 포함하는 적층형 커패시터를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은, 티탄산바륨(BaTiO3)을 포함하는 모재 분말; 및 상기 모재 분말 100몰(mol)에 대하여, 0.5몰 초과, 1.5몰 이하의 지르코늄(Zr); 을 포함하는 유전체 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 유전체 조성물은, 상기 모재 분말 100몰에 대하여, 0.3 내지 2.0몰의 가돌리늄(Gd: Gadolinium)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 유전체 조성물은, 알루미늄(Al) 산화물을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 유전체 조성물은, 마그네슘(Mg) 산화물 또는 탄산염을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 유전체 조성물은, 알루미늄(Al) 산화물과, 마그네슘(Mg) 산화물 또는 탄산염을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 평균 두께가 0.4㎛ 이하인 유전체층과, 평균 두께가 0.4㎛ 이하인 내부 전극을 포함하는 바디; 및 상기 바디에 내부 전극과 접속하도록 배치되는 외부 전극; 을 포함하고, 상기 유전체층은, 티탄산바륨(BaTiO3)을 포함하는 모재 분말을 포함하는 유전체 그레인(Grain)과, 상기 유전체 그레인 사이에 존재하는 그레인 바운더리(Grain Boundary) 및 첨가제가 고용된 쉘(shell)부를 포함하고, 상기 유전체층의 쉘부에, 상기 모재 분말 100몰(mol)에 대하여, 0.5몰 초과, 1.5몰 이하의 지르코늄(Zr)이 포함되는 적층형 커패시터를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 적층형 커패시터는, 상기 유전체층의 쉘부에, 상기 모재 분말 100몰에 대하여, 0.3 내지 2.0몰의 가돌리늄(Gd)이 더 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 적층형 커패시터는, 상기 유전체층의 그레인에 알루미늄(Al) 산화물이 더 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 적층형 커패시터는, 상기 유전체층의 그레인에 마그네슘(Mg) 산화물 또는 탄산염이 더 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 적층형 커패시터는, 상기 유전체층의 그레인에 알루미늄(Al) 산화물과, 마그네슘(Mg) 산화물 또는 탄산염이 더 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 적층형 커패시터는, 길이가 1.0mm 이하이고, 폭이 0.5mm 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 적층형 커패시터에서 유전체층의 두께를 얇게 하더라도, DC-바이어스 특성의 저하를 최소화할 수 있고, 온도 변화에 따른 유전율의 변화와 고온에서의 용량의 손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 적층형 커패시터를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I'선 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 바디의 유전체층과 내부 전극의 구조를 나타낸 분해사시도이다.
도 4는 바디에 포함되는 Zr의 함량에 따라 적층형 커패시터에서 온도에 대한 커패시턴스(Capacitance)가 변화하는 것을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 바디에 포함되는 Zr의 함량에 따라 적층형 커패시터에서 DC bias에 대한 커패시턴스가 변화하는 것을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 5에서 비교 예와 실시 예의 커패시턴스의 차이가 심한 부분을 확대하여 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 다음과 같이 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시 예는 당해 기술 분야에서 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.
또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명은 유전체 조성물에 관한 것으로, 이하 본 발명의 실시 예에 따른 유전체 조성물을 포함하는 적층형 커패시터에 관하여도 함께 설명하기로 한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위해 적층형 커패시터의 방향을 정의하면, 도면에 표시된 X, Y 및 Z는 각각 바디(110)의 길이 방향, 폭 방향 및 두께 방향을 나타낸다.
또한, 본 실시 예에서, Z방향은 유전체층(111)이 적층되는 적층 방향과 동일한 개념으로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 적층형 커패시터를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 I-I'선 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 바디의 유전체층과 내부 전극의 구조를 나타낸 분해사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시 예에 따른 적층형 커패시터(100)는 복수의 유전체층(111)과 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)을 포함하는 바디(110)와 제1 및 제2 외부 전극(131, 132)을 포함한다.
이때, 본 실시 예의 적층형 커패시터(100)는 X방향의 길이가 1.0mm 이하이고, Y방향의 폭이 0.5mm 이하일 수 있다.
바디(110)는 복수의 유전체층(111)을 Z방향으로 적층한 다음 소성한 것으로서, 바디(110)의 서로 인접하는 유전체층(111) 사이의 경계는 주사전자현미경(SEM: Scanning Electron Microscope)을 이용하지 않고 확인하기 곤란할 정도로 일체화될 수 있다.
이때, 바디(110)는 특별히 제한되는 형상이 없지만, 대체로 직방체 형상일 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 바디(110)의 형상, 치수 및 유전체층(111)의 적층 수가 본 실시 예의 도면에 도시된 것으로 한정되는 것은 아니다.
본 실시 예에서는 설명의 편의를 위해, 바디(110)의 Z방향으로 서로 대향하는 양면을 제1 및 제2 면(1, 2)으로, 제1 및 제2 면(1, 2)과 연결되고 X방향으로 서로 대향하는 양면을 제3 및 제4 면(3, 4)으로, 제1 및 제2 면(1, 2)과 연결되고 제3 및 제4 면(3, 4)과 연결되고 Y방향으로 서로 대향하는 양면을 제5 및 제6 면(5, 6)으로 정의한다.
본 실시 예에서, 적층형 커패시터(100)의 실장 면은 바디(110)의 제1 면(1)일 수 있다.
그리고, 이러한 바디(110)에 포함되는 유전체층(111)은 유전체 조성물을 포함하여 이루어질 수 있다.
이때, 상기 유전체 조성물은, BaTiO3을 포함하는 유전체 그레인(Grain)과, 상기 유전체 그레인 사이에 존재하는 그레인 바운더리(Grain Boundary) 및 첨가제가 고용된 쉘(shell)부를 포함하고, 유전체층의 쉘부에, 모재 분말 100몰(mol)에 대하여, 0.5몰 초과 내지 1.5몰 이하의 지르코늄(Zr)이 포함된다.
또한, 바디(110)는 커패시터의 용량 형성에 기여하는 부분으로서의 액티브 영역(115)과, 상하 마진부로서 Z방향으로 액티브 영역(115)의 상하부에 각각 형성되는 상부 및 하부 커버(112, 113)를 포함할 수 있다.
상부 및 하부 커버(112, 113)는 내부 전극을 포함하지 않는 것을 제외하고는 액티브 영역(115)의 유전체층(111)과 동일한 재질 및 구성을 가질 수 있다.
이때, 상부 및 하부 커버(112, 113)는 단일 유전체층 또는 2 개 이상의 유전체층을 액티브 영역(115)의 상하 면에 각각 Z방향으로 적층하여 형성할 수 있다.
상부 및 하부 커버(112, 113)는 기본적으로 물리적 또는 화학적 스트레스에 의한 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)의 손상을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
제1 및 제2 내부 전극(121, 122)은 서로 다른 극성을 인가 받는 전극으로서, 유전체층(111)을 사이에 두고 Z방향을 따라 번갈아 배치되고, 일단이 바디(110)의 제3 및 제4 면(3, 4)을 통해 각각 노출될 수 있다.
이때, 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)은 중간에 배치된 유전체층(111)에 의해 서로 전기적으로 절연될 수 있다.
또한, 바디(110)의 제3 및 제4 면(3, 4)을 통해 번갈아 노출되는 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)의 단부는 바디(110)의 제3 및 제4 면(3, 4)에 배치되는 제1 및 제2 외부 전극(131, 132)과 각각 접속되어 전기적으로 연결될 수 있다.
위와 같은 구성에 따라, 제1 및 제2 외부 전극(131, 132)에 소정의 전압을 인가하면 제1 및 제2 내부 전극(121, 122) 사이에 전하가 축적된다.
이때, 적층형 커패시터(100)의 정전 용량은 액티브 영역(115)에서 Z방향을 따라 서로 중첩되는 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)의 서로 오버랩 되는 면적과 비례하게 된다.
제1 및 제2 외부 전극(131, 132)은 서로 다른 극성의 전압이 제공되는 것으로서, 바디(110)의 X방향의 양 단부에 각각 배치되고, 바디(110)의 제3 및 제4 면(3, 4)을 통해 노출되는 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)의 단부와 접속되어 전기적으로 연결되어 커패시터 회로를 구성할 수 있다.
제1 외부 전극(131)은 제1 머리부(131a)와 제1 밴드부(131b)를 포함할 수 있다.
제1 머리부(131a)는 바디(110)의 제3 면(3)에 형성되어 제1 내부 전극(121)의 노출되는 부분과 접속되는 부분이고, 제1 밴드부(131b)는 제1 머리부(131a)에서 실장 면인 바디(110)의 제1 면(1)의 일부까지 연장되는 부분이다.
이때, 제1 밴드부(131b)는 고착 강도 향상 등을 위해 바디(110)의 제5 및 제6 면(5, 6)의 일부 및 제2 면(2)의 일부까지 더 연장될 수 있다.
제2 외부 전극(132)은 제2 머리부(132a)와 제2 밴드부(132b)를 포함할 수 있다.
제2 머리부(132a)는 바디(110)의 제4 면(4)에 형성되어 제2 내부 전극(122)의 노출되는 부분과 접속되는 부분이고, 제2 밴드부(132b)는 제2 머리부(132a)에서 실장 면인 바디(110)의 제1 면(1)의 일부까지 연장되는 부분이다.
이때, 제2 밴드부(132b)는 고착 강도 향상 등을 위해 커패시터 바디(110)의 제5 및 제6 면(5, 6)의 일부 및 제2 면(2)의 일부까지 더 연장될 수 있다.
또한, 제1 및 제2 외부 전극(131, 132)은 필요시 바디(110)의 제3 및 제4 면(3, 4)에 형성되는 도전층과 상기 도전층 상에 형성되는 도금층을 포함할 수 있다.
이때, 상기 도금층은 도전층 상에 형성되는 니켈(Ni) 도금층과 상기 니켈(Ni) 도금층 상에 형성되는 주석(Sn) 도금층을 포함할 수 있다
한편, 본 실시 예에서, 바디(110)에 포함되는 유전체층(111)은 내환원성 유전체 조성물을 함유할 수 있으며, 상기 유전체 조성물은 다양한 산화물 및 탄산염 첨가제를 더 함유할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유전체 조성물의 각 성분에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
본 실시 예에 따른 유전체 조성물의 모재 분말은 유전체의 주성분으로, BT(BaTiO3)를 포함한다.
또한, 본 실시 예의 유전체 조성물은, 모재 분말 100몰(mol)에 대하여, 0.5 초과, 1.5몰 이하의 지르코늄(Zr)을 포함할 수 있다.
이때, Zr의 함량이 0.5 몰 이하인 경우 앞서 설명한 적층형 커패시터의 TCC를 개선하는 효과가 미비해질 수 있다.
또한, Zr의 함량이 1.5몰을 초과하면 유전체의 치밀화도가 떨어져 적층형 커패시터에 여러 가지 안 좋은 영향을 미칠 수 있다.
또한, 본 실시 예의 유전체 조성물은, 가돌리늄(Gd)을 더 포함할 수 있다. 상기 Gd는 희토류 원소(Rare earth element)로서, 산화물 또는 탄산염 형태로 포함될 수 있으며, 이때 산화물 또는 탄산염의 형태가 특별히 제한되는 것은 아니다.
이러한 Gd는 유전체 그레인의 입성장을 제어하고 그레인의 분포를 균일화 하며, BT의 격자 내에 고용되어 도너(donor)로 작용함으로써, 적층형 커패시터의 신뢰성을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
이때, Gd는 모재 분말 100몰(mol)에 대하여 0.3 내지 2.0몰을 포함할 수 있다.
Gd가 0.3 몰 미만인 경우 신뢰성 향상 효과가 미비해지고, Gd가 2.0몰을 초과하는 경우 치밀도가 저하되고 TCC 열화 문제가 발생할 수 있다.
또한, 본 실시 예의 유전체 조성물은, 알루미늄(Al) 또는 마그네슘(Mg) 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 실시 예에서, Al 및 Mg 원소는 유전체 그레인의 균일한 입성장을 제어하는 역할을 할 수 있다.
유전체 그레인의 입성장이 균일하게 제어되는 경우, 적층형 커패시터의 내전압 및 신뢰성이 개선될 뿐만 아니라 DC-bias 특성 역시 개선될 수 있다.
종래의 적층형 커패시터에 사용되는 유전체 조성물은 주성분인 티탄산바륨(BaTiO3)에 칼슘(Ca), 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 희토류(Rear Earth) 등을 고용시켜 제조한다.
그러나,
유전체층의 두께를 얇게 하면, 동일 인가 전압 하에서, 유전체층에 걸리는 전계 세기가 높아져 DC-바이어스(bias) 특성이 악화될 수 있다.
또한, 유전체는 온도에 따른 유전율의 변화가 심한 강유전체로써, 고온에서 적층형 캐패시터의 특성이 크게 열화될 수 있다.
이에 적층형 커패시터에서 온도 변화에 따른 유전율의 변화를 최소화 하기 위해서는 유전체 페로브스카이트(Perovskite) 구조 내에 서로 다른 원자가 및 이온 반경을 가지는 원소들을 고용하여, 유전 완화(Dielectric relaxation)을 유도하는 것이 필요하다.
이러한 유전 완화 현상은 온도에 따른 유전율의 변화를 최소화 할 수 있을 뿐 아니라, 완화 강유전체(relaxor ferroelectric) 거동에 의해 외부 전계에 따른 유전율의 변화도 최소화할 수 있다.
하지만, 원자가가 다른 원소를 치환할 경우, 결합(defect)이 발생하여 신뢰성 및 절연 저항의 저하가 나타날 수 있다.
따라서, 이를 해결하기 위해서는 유전체 내에 이온 반경의 차이가 있고 원자가가 동일한 원소의 치환이 필요하다.
또한, 본 실시 예의 적층형 커패시터에서, 유전체층의 평균 두께는 0.4㎛ 이하이고, 제1 및 제2 내부 전극의 평균 두께는 0.4㎛ 이하일 수 있다.
일반적으로 적층형 커패시터에서 유전체층의 평균 두께가 얇아지면, 적층형 커패시터가 온도 및 외부 전계의 변화에 취약해진다.
그러나, 본 실시 예에 따르면, 바디의 유전체층의 쉘부에 모재 분말 100몰에 대하여 0.5몰 초과, 1.5몰 이하의 지르코늄이 포함되어, 위와 같이 유전체층의 평균 두께를 0.4㎛ 이하로 하더라도, 외부 환경의 변화에 따른 바디의 유전율의 변화를 최소화시킬 수 있다.
적층형 커패시터를 제조하는 공정 상에서 소량의 Zr 오염이 발생할 수 있는데, 상기와 같은 유전율 변화를 최소화하는 효과를 구현하기 위해서는 유전체층 내에 오염도 이상의 Zr 함량이 필요하며, ICP 분석을 하는 경우 바디의 전체에서, Zr이 0.5몰을 초과하여 검출 되어야 한다.
또한, 본 실시 예에서 사용되는 유전체 조성물은 BaTiO3 (BT)로써, A-site, Ba2+ 및 B-site, Ti4+로 구성되어 있는 perovskite 물질이다.
이때, Zr4+ (0.72 nm)는 Ti4+ (0.60 nm)와 동일한 원자가를 가지고, 이온 반경의 차이가 커, 상기 아이디어에 적합한 물질이다.
즉, 본 실시 예의 유전체 조성물은, 유전체 BaTiO3(BT)에서 B-site 점유 원소인 Ti 와 동일한 원자가를 가지고 이온 반경의 차이가 있는 Zr를 치환함으로써, 온도 및 외부 전계 변화에 따른 유전율의 변화를 최소화 할 수 있다.
따라서, 적층형 커패시터가 낮은 온도 변화 상수(TCC: Temperature Change Coefficient) 및 우수한 DC-바이어스 특성을 가질 수 있고, 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.
이하, 본 발명은 실시 예 및 비교 예를 통하여 더욱 상세히 설명하지만, 이는 발명의 구체적인 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기의 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실험에 사용된 적층형 커패시터의 제조 공정은 다음과 같다.
먼저 유전체 조성물의 모재 분말은 평균 입자 크기가 100nm 혹은 그 이하 급인 BT를 사용한다.
그리고, 비교 예 1은 바디의 유전체층에 Zr이 포함되지 않은 경우이고, 비교 예 2는 바디의 유전체층에 Zr이 모재 분말 100몰에 대하여 0.2몰 포함되는 경우이고, 실시 예 1은 바디의 유전체층에 Zr이 모재 분말 100몰에 대하여 0.6몰 포함되는 경우이고, 실시 예 2는 바디의 유전체층에 Zr이 모재 분말 100몰에 대하여 1.5몰 포함되는 경우이다. 이때, Zr은 산화물 또는 탄산염의 형태로 투입한다.
또한, 본 실험에서 비교 예 2와 실시 예 1, 2는 모재 분말과 Zr을 마련한 후, 지르코니아 볼을 혼합 및 분산 메디아로 사용하고 에탄올 및 톨루엔을 용매로 하여 분산제와 혼합한 후 약 20시간　동안 볼 밀링(milling)하고, 이후 유전체 시트(Sheet)의 강도 구현을 위해 바인더를 혼합하여 슬러리를 제작한다.
다음으로, 이렇게 제조된 슬러리는 소형 닥터 블레이드(doctor blade) 방식의 코터(coater)를 이용하여 0.6㎛ 혹은 그 이상 두께의 시트로 성형하여 제조한다.
다음으로, 성형된 시트에 Ni로 내부 전극을 인쇄한 후, 상하 커버로 3㎛ 두께의 시트 15층을 각각 적층하여 적층체를 만들고 압착 공정을 거쳐 바아(Bar)를 제작한다.
그리고, 상기 바아를 절단기를 이용하여 X방향의 길이와 Y방향의 폭이 각각 0.6mmХ0.3mm 크기의 칩으로 절단한다.
다음으로, 상기 칩을 탈 바인더를 위해 400℃ 에어 분위기에서 가소한 후, 약 1,300℃ 이하 수소(H2) 농도 2.0% 이하 조건에서 1시간 내외 소성한다.
이후, 구리(Cu) 페이스트로 터미네이션 공정 및 전극 소성을 행하여 적층형 커패시터를 완성한다.
그리고, 각각의 시료 별로 아래 도 4 및 도 5에서와 같이 적층형 커패시터의 특성을 측정한다.
도 4는 바디에 포함되는 Zr의 함량에 따라 적층형 커패시터에서 온도에 대한 커패시턴스(Capacitance)가 변화하는 것을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 유전체층에 Zr이 0.5몰를 초과하여 포함된 실시 예 1 및 2의 경우, Zr이 포함되지 않은 비교 예 1 대비 상온(25oc) 이하 에서 용량이 상승하여 보전되는 것으로 확인되었고, 따라서 적층형 커패시터의 온도에 따른 용량 변화가 완화 되는 것을 알 수 있다.
한편, Zr의 함량이 오염 기준 수치인 0.5몰 이하로서 0.2몰인 비교 예 2의 경우 비교 예 1 대비 용량의 상승이 있긴 하지만 그 상승 폭이 크지 않고, 따라서 실시 예 1 및 2와 비교하여 상온 이하 에서의 용량 증가 효과가 뚜렷하게 나타나지 않아, 온도에 따른 용량 변화가 여전히 큰 것을 알 수 있다.
즉, 유전체의 Ti를 다른 이온 반경을 가지는 Zr로 치환 하여, 그 함량이 0.5몰 이하(비교 예 2 참고)인 경우, 유전체의 완화(relaxor) 거동이 거의 나타나지 않는다.
따라서, 본 실시 예의 경우, 바디에 포함되는 Zr의 함량을 0.5몰 초과, 1.5몰 이하로 한정함으로써, 이러한 유전체 완화(dielectric relaxation) 거동을 유도할 수 있고, 그에 의해 온도에 따른 유전율 변화가 보다 완화되는 효과를 기대할 수 있다.
도 5는 바디에 포함되는 Zr의 함량에 따라 적층형 커패시터에서 DC bias에 대한 커패시턴스가 변화하는 것을 비교하여 나타낸 그래프이고, 도 6은 도 5에서 비교 예와 실시 예의 커패시턴스의 차이가 심한 부분을 확대하여 나타낸 그래프이다.
도 5 및 도 6에서, 비교 예 1은 바디의 유전체층에 Zr이 포함되지 않은 경우이고, 비교 예 2는 바디의 유전체층에 Zr이 모재 분말 100몰에 대하여 0.2몰 포함되는 경우이고, 실시 예 1은 바디의 유전체층에 Zr이 모재 분말 100몰에 대하여 0.6몰 포함되는 경우이고, 실시 예 2는 바디의 유전체층에 Zr이 모재 분말 100몰에 대하여 1.5몰 포함되는 경우이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 유전체층에 Zr이 0.5몰을 초과하여 포함된 실시 예 1 및 2의 경우, 상온에서 유전율이 유사한 수준 내에서 DC 전압 인가에 따른 유전율의 변화가 줄어드는 것을 알 수 있다.
이는 Ti와 Zr의 이온 반경 차이에 의한 유전체 완화(dielectric relaxation) 거동에 의한 것이며, 유전체 내의 Zr 함량이 0.5몰 이하(비교 예 2 참조)인 경우 완화 (Relaxation) 거동이 미미하여 DC 인가 전압에 따른 유전율의 변화가 크다.
따라서, 바디에 포함되는 Zr의 함량을 0.5몰 초과, 1.5몰 이하로 한정함으로써, 인가 되는 DC 전압에 따른 유전율의 변화를 최소화하는 효과를 기대할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 예 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.
100: 적층형 커패시터
110: 바디
111: 유전체층
112, 113: 커버
115: 액티브 영역
121, 122: 제1 및 제2 내부 전극
131, 132: 제1 및 제2 외부 전극
131a, 132a: 제1 및 제2 머리부
131b, 132b: 제1 및 제2 밴드부

Claims (11)

  1. BaTiO3을 포함하는 모재 분말; 및
    상기 모재 분말 100몰(mol)에 대하여, 0.5몰 초과, 1.5몰 이하의 지르코늄(Zr); 을 포함하는 유전체 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모재 분말 100몰에 대하여, 0.3 내지 2.0몰의 가돌리늄(Gd: Gadolinium)을 더 포함하는 유전체 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    알루미늄(Al) 산화물을 더 포함하는 유전체 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    마그네슘(Mg) 산화물 또는 탄산염을 더 포함하는 유전체 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    알루미늄(Al) 산화물과, 마그네슘(Mg) 산화물 또는 탄산염을 더 포함하는 유전체 조성물.
  6. 평균 두께가 0.4㎛ 이하인 유전체층과, 평균 두께가 0.4㎛ 이하인 내부 전극을 포함하는 바디; 및
    상기 바디에 내부 전극과 접속하도록 배치되는 외부 전극; 을 포함하고,
    상기 유전체층은, 티탄산바륨(BaTiO3)을 포함하는 모재 분말을 포함하는 유전체 그레인(Grain)과, 상기 유전체 그레인 사이에 존재하는 그레인 바운더리(Grain Boundary) 및 첨가제가 고용된 쉘(shell)부를 포함하고, 상기 유전체층의 쉘부에, 상기 모재 분말 100몰(mol)에 대하여, 0.5 내지 1.5몰의 지르코늄(Zr)이 포함되는 적층형 커패시터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유전체층의 쉘부에, 상기 모재 분말 100몰에 대하여, 0.3 내지 2.0몰의 가돌리늄(Gd)이 더 포함되는 적층형 커패시터.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 유전체층의 그레인에 알루미늄(Al) 산화물이 더 포함되는 적층형 커패시터.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 유전체층의 그레인에 마그네슘(Mg) 산화물 또는 탄산염이 더 포함되는 적층형 커패시터.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 유전체층의 그레인에 알루미늄(Al) 산화물과, 마그네슘(Mg) 산화물 또는 탄산염이 더 포함되는 적층형 커패시터.
  11. 제6항에 있어서,
    길이가 1.0mm 이하이고, 폭이 0.5mm 이하인 적층형 커패시터.
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