KR20200045404A - 적층 세라믹 전자부품 - Google Patents

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Abstract

사이드 마진부를 치밀하게 하면서 내층부의 세라믹 입자의 입성장을 억제할 수 있는 적층 세라믹 전자부품을 제공하는 것.
본 발명의 적층 세라믹 전자부품은 적층체와, 상기 적층체의 제1 단면에 마련된 제1 외부전극과, 상기 적층체의 제2 단면에 마련된 제2 외부전극을 포함한다. 상기 적층체는 제1 내부전극층 및 제2 내부전극층이 유전체 세라믹층을 사이에 두고 대향하고 있는 내층부와, 상기 내층부를 적층방향으로 끼우도록 배치되는 외층부와, 상기 내층부 및 상기 외층부를 폭방향으로 끼우도록 배치되는 사이드 마진부를 포함한다. 상기 사이드 마진부는 상기 폭방향으로 적층된 복수개의 세라믹층으로 구성되고, 상기 세라믹층으로서, 상기 적층체의 가장 내측에 배치되는 내부층과, 상기 적층체의 가장 외측에 배치되고 소결 조제 원소의 함유량이 상기 내부층보다도 많은 외부층과, 상기 내부층 및 상기 외부층 사이에 배치되고 상기 소결 조제 원소의 함유량이 상기 외부층보다도 적은 완충층을 포함한다.

Description

적층 세라믹 전자부품{MULTILAYER CERAMIC ELECTRONIC COMPONENT}
본 발명은 적층 세라믹 전자부품에 관한 것이다.
적층 세라믹 전자부품의 일례로 적층 세라믹 콘덴서를 들 수 있다. 적층 세라믹 콘덴서는 예를 들면, 유전체 세라믹층과 내부전극층이 교대로 적층되고, 더욱이, 그 윗면과 아랫면에 유전체 세라믹층이 적층된 적층체와, 상기 적층체의 양 단면(端面)에 형성된 외부전극을 포함하고 있다. 이와 같은 적층 세라믹 콘덴서에는 적층체의 측면에서 내부전극층이 외부전극에 접속되는 것을 방지하기 위해, 측면 상에 사이드 마진부라 불리는 세라믹층이 형성된 것이 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는 사이드 마진부가 복수개의 사이드 마진층을 가지며, 내부전극과 가장 가까운 사이드 마진층보다, 상기 내부전극 측의 사이드 마진층 이외의 사이드 마진층의 Si의 함유량이 많은 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서가 개시되어 있다.
특허문헌 2에는 제1 평균 결정 입경을 가지는 제1 세라믹스로 이루어지고 제1 방향으로 적층된 복수개의 세라믹층과, 상기 복수개의 세라믹층 사이에 배치된 내부전극을 가지는 적층부와, 제2 평균 결정 입경을 가지는 제2 세라믹스로 이루어지고 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향에서 상기 적층부를 덮는 사이드 마진부와, 상기 제1 및 제2 평균 결정 입경보다도 큰 제3 평균 결정 입경을 가지는 제3 세라믹스로 이루어지고 상기 적층부와 상기 사이드 마진부 사이에 배치된 접합부를 구비하는 적층 세라믹 콘덴서가 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 특개2017-28013호 일본 공개특허공보 특개2017-147429호
특허문헌 1에 기재된 적층 세라믹 콘덴서에서는 내부전극 측의 사이드 마진층 이외의 사이드 마진층의 Si의 함유량을 많게 함으로써 사이드 마진부의 강도를 향상시킬 수 있기 때문에 적층 세라믹 콘덴서의 항절 강도를 향상시킬 수 있다고 되어 있다. 더욱이, 사이드 마진부에 균열이나 깨짐이 생기기 어려워져 수분의 침입을 방지할 수 있기 때문에 적층 세라믹 콘덴서의 절연성을 확보할 수 있다고 되어 있다.
그러나 사이드 마진부에 Si가 많이 함유되어 있으면, 적층체 중 내부전극이 유전체 세라믹층을 사이에 두고 대향하고 있는 부분을 내층부로 했을 때, 내층부의 유전체 세라믹층 측에 사이드 마진층 측으로부터 Si가 확산될 우려가 있다. 내층부의 유전체 세라믹층 측에 Si가 확산되면, 내층부의 세라믹 입자의 입성장(粒成長)이 진행되어, 적층 세라믹 콘덴서의 품질이 저하되는 것이 우려된다.
또한, 특허문헌 2에 기재된 적층 세라믹 콘덴서에서는 적층부의 세라믹층과 사이드 마진부를 구성하는 세라믹스의 평균 결정 입경보다도 큰 평균 결정 입경을 가지는 세라믹스로 구성되는 접합부가 적층부와 사이드 마진부 사이에 배치되어 있다. 이로써, 접합부의 양 계면에서 적층부 및 사이드 마진부에 접하는 결정립이 감소하는, 즉, 접합부의 양 계면에는 크랙이나, 적층부 및 사이드 마진부의 박리가 발생할 때의 기점이 되기 쉬운 결정입계가 적어지기 때문에, 접합부를 통해 적층부와 사이드 마진부의 양호한 접합 상태가 유지된다고 되어 있다.
그러나 특허문헌 2에서는 외부로부터 사이드 마진부에 가해지는 응력을 완화시키는 것에 대해서는 인식되어 있지 않고, 적층 세라믹 콘덴서의 균열이나 깨짐을 생기게 하기 어렵게 하는 점에서 개선의 여지가 있다.
한편, 상기의 문제는 적층 세라믹 콘덴서에 한정되지 않고, 적층 세라믹 콘덴서 이외의 적층 세라믹 전자부품에 공통되는 문제이다.
본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 제1 양태에서 사이드 마진부를 치밀하게 하면서 내층부의 세라믹 입자의 입성장을 억제할 수 있는 적층 세라믹 전자부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 제2 양태에서, 외부로부터 사이드 마진부에 가해지는 응력을 완화시킬 수 있는 적층 세라믹 전자부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 적층 세라믹 전자부품은 제1 양태에서, 적층방향으로 적층된 복수개의 유전체 세라믹층과 복수 쌍의 제1 내부전극층 및 제2 내부전극층을 포함하고, 상기 적층방향에서 마주 보는 제1 주면(主面) 및 제2 주면과, 상기 적층방향에 직교하는 폭방향에서 마주 보는 제1 측면 및 제2 측면과, 상기 적층방향 및 상기 폭방향에 직교하는 길이방향에서 마주 보는 제1 단면(端面) 및 제2 단면을 가지는 적층체와, 상기 적층체의 상기 제1 단면에 마련되고 상기 제1 단면에서 상기 제1 내부전극층에 접속되는 제1 외부전극과, 상기 적층체의 상기 제2 단면에 마련되고 상기 제2 단면에서 상기 제2 내부전극층에 접속되는 제2 외부전극을 포함한다. 상기 적층체는 상기 제1 내부전극층 및 상기 제2 내부전극층이 상기 유전체 세라믹층을 사이에 두고 대향하는 내층부와, 상기 내층부를 상기 적층방향으로 끼우도록 배치되는 외층부와, 상기 내층부 및 상기 외층부를 상기 폭방향으로 끼우도록 배치되는 사이드 마진부를 포함한다. 상기 사이드 마진부는 상기 폭방향으로 적층된 복수개의 세라믹층으로 구성되고, 상기 세라믹층으로 상기 적층체의 가장 내측에 배치되는 내부층과, 상기 적층체의 가장 외측에 배치되고 소결 조제 원소의 함유량이 상기 내부층보다도 많은 외부층과, 상기 내부층 및 상기 외부층 사이에 배치되고 상기 소결 조제 원소의 함유량이 상기 외부층보다도 적은 완충층을 포함한다.
본 발명의 적층 세라믹 전자부품은 제2 양태에서, 적층방향으로 적층된 복수개의 유전체 세라믹층과 복수 쌍의 제1 내부전극층 및 제2 내부전극층을 포함하고, 상기 적층방향에서 마주 보는 제1 주면 및 제2 주면과, 상기 적층방향에 직교하는 폭방향에서 마주 보는 제1 측면 및 제2 측면과, 상기 적층방향 및 상기 폭방향에 직교하는 길이방향에서 마주 보는 제1 단면 및 제2 단면을 가지는 적층체와, 상기 적층체의 상기 제1 단면에 마련되고 상기 제1 단면에서 상기 제1 내부전극층에 접속되는 제1 외부전극과, 상기 적층체의 상기 제2 단면에 마련되고 상기 제2 단면에서 상기 제2 내부전극층에 접속되는 제2 외부전극을 포함한다. 상기 적층체는 상기 제1 내부전극층 및 상기 제2 내부전극층이 상기 유전체 세라믹층을 사이에 두고 대향하는 내층부와, 상기 내층부를 상기 적층방향으로 끼우도록 배치되는 외층부와, 상기 내층부 및 상기 외층부를 상기 폭방향으로 끼우도록 배치되는 사이드 마진부를 포함한다. 상기 사이드 마진부는 상기 폭방향으로 적층된 복수개의 세라믹층으로 구성되고, 상기 세라믹층으로 상기 적층체의 가장 내측에 배치되는 내부층과, 상기 적층체의 가장 외측에 배치되는 외부층과, 상기 내부층 및 상기 외부층 사이에 배치되고 상기 내부층 및 상기 외부층보다도 탄성률이 낮은 완충층을 포함한다.
본 발명의 제1 양태에 의하면, 사이드 마진부를 치밀하게 하면서 내층부의 세라믹 입자의 입성장을 억제할 수 있는 적층 세라믹 전자부품을 제공할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 의하면, 외부로부터 사이드 마진부에 가해지는 응력을 완화시킬 수 있는 적층 세라믹 전자부품을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 적층 세라믹 콘덴서의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 적층 세라믹 콘덴서를 구성하는 적층체의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 적층 세라믹 콘덴서의 A-A선 단면도이다.
도 4는 도 1에 나타내는 적층 세라믹 콘덴서의 B-B선 단면도이다.
도 5A, 도 5B 및 도 5C는 세라믹 그린시트의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 6은 마더 블록의 일례를 모식적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 7은 그린칩의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
이하, 본 발명의 적층 세라믹 전자부품에 대해 설명한다.
그러나 본 발명은 이하의 구성에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 적절히 변경하여 적용할 수 있다. 한편, 이하에 기재하는 각각의 바람직한 구성을 2개 이상 조합한 것도 또한 본 발명이다.
이하에 나타내는 각 실시형태는 예시이며, 다른 실시형태에서 나타낸 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것은 말할 필요도 없다. 제2 실시형태 이후에서는 제1 실시형태와 공통 사항에 관한 기술은 생략하고, 다른 점에 대해서만 설명한다. 특히, 동일한 구성에 의한 동일한 작용 효과에 대해서는 실시형태마다는 순차적으로 언급하지 않는다.
본 발명의 적층 세라믹 전자부품의 한 실시형태로서, 적층 세라믹 콘덴서를 예로 들어 설명한다. 한편, 본 발명은 적층 세라믹 콘덴서 이외의 적층 세라믹 전자부품에도 적용할 수 있다. 이와 같은 적층 세라믹 전자부품으로는 예를 들면, 인덕터, 압전 소자, 서미스터 등을 들 수 있다.
(제1 실시형태)
[적층 세라믹 콘덴서]
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 적층 세라믹 콘덴서의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1에 나타내는 적층 세라믹 콘덴서를 구성하는 적층체의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 3은 도 1에 나타내는 적층 세라믹 콘덴서의 A-A선 단면도이다. 도 4는 도 1에 나타내는 적층 세라믹 콘덴서의 B-B선 단면도이다.
본 명세서에서는 적층 세라믹 콘덴서 및 적층체의 적층방향, 폭방향, 길이방향을 도 1에 나타내는 적층 세라믹 콘덴서(1) 및 도 2에 나타내는 적층체(10)에서, 각각 화살표(T, W, L)로 정하는 방향으로 한다. 여기서, 적층(T)방향과 폭(W)방향과 길이(L)방향은 서로 직교한다. 적층(T)방향은 복수개의 유전체 세라믹층(20)과 복수 쌍의 제1 내부전극층(21) 및 제2 내부전극층(22)이 쌓아 올려져 가는 방향이다.
도 1에 나타내는 적층 세라믹 콘덴서(1)는 적층체(10)와 적층체(10)의 양 단면에 각각 마련된 제1 외부전극(51) 및 제2 외부전극(52)을 포함하고 있다.
적층 세라믹 콘덴서(1)의 크기는 길이(L)방향의 치수×폭(W)방향의 치수×적층(T)방향의 치수로 나타냈을 때, 예를 들면, 1.6㎜×0.8㎜×0.8㎜, 1.0㎜×0.5㎜×0.5㎜, 0.6㎜×0.3㎜×0.3㎜, 0.4㎜×0.2㎜×0.2㎜, 0.2㎜×0.1㎜×0.1㎜ 등의 크기를 들 수 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 적층체(10)는 직방체 형상 또는 대략 직방체 형상을 이루고 있고, 적층(T)방향에서 마주 보는 제1 주면(11) 및 제2 주면(12)과, 적층(T)방향에 직교하는 폭(W)방향에서 마주 보는 제1 측면(13) 및 제2 측면(14)과, 적층(T)방향 및 폭(W)방향에 직교하는 길이(L)방향에서 마주 보는 제1 단면(15) 및 제2 단면(16)을 가지고 있다.
본 명세서에서는 제1 단면(15) 및 제2 단면(16)에 직교하면서 적층(T)방향과 평행한 적층 세라믹 콘덴서(1) 또는 적층체(10)의 절단면을, 길이(L)방향 및 적층(T)방향의 절단면인 LT 절단면이라 한다. 또한, 제1 측면(13) 및 제2 측면(14)에 직교하면서 적층(T)방향과 평행한 적층 세라믹 콘덴서(1) 또는 적층체(10)의 절단면을, 폭(W)방향 및 적층(T)방향의 절단면인 WT 절단면이라 한다. 또한, 제1 측면(13), 제2 측면(14), 제1 단면(15) 및 제2 단면(16)에 직교하면서 적층(T)방향에 직교하는 적층 세라믹 콘덴서(1) 또는 적층체(10)의 절단면을, 길이(L)방향 및 폭(W)방향의 절단면인 LW 절단면이라 한다. 따라서, 도 3은 적층 세라믹 콘덴서(1)의 LT 절단면이며, 도 4는 적층 세라믹 콘덴서(1)의 WT 절단면이다.
적층체(10)는 모서리부 및 능선부가 라운드형으로 되어 있는 것이 바람직하다. 모서리부는 적층체의 3면이 교차하는 부분이고, 능선부는 적층체의 2면이 교차하는 부분이다.
도 2, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 적층체(10)는 적층(T)방향으로 적층된 복수개의 유전체 세라믹층(20)과, 유전체 세라믹층(20) 사이의 계면을 따라 형성된 복수 쌍의 제1 내부전극층(21) 및 제2 내부전극층(22)을 포함하는 적층 구조를 가지고 있다. 유전체 세라믹층(20)은 폭(W)방향 및 길이(L)방향을 따라 연장되어 있고, 제1 내부전극층(21) 및 제2 내부전극층(22) 각각은 유전체 세라믹층(20)을 따라 평판 형상으로 연장되어 있다.
제1 내부전극층(21)은 적층체(10)의 제1 단면(15)으로 인출되어 있다. 한편, 제2 내부전극층(22)은 적층체(10)의 제2 단면(16)으로 인출되어 있다.
제1 내부전극층(21)과 제2 내부전극층(22)은 적층(T)방향에서, 유전체 세라믹층(20)을 사이에 두고 대향하고 있다. 제1 내부전극층(21)과 제2 내부전극층(22)이 유전체 세라믹층(20)을 사이에 두고 대향하고 있는 부분에 의해 정전 용량이 발생한다.
제1 내부전극층(21) 및 제2 내부전극층(22) 각각은 Ni, Cu, Ag, Pd, Ag-Pd 합금, Au 등의 금속을 포함하는 것이 바람직하다. 제1 내부전극층(21) 및 제2 내부전극층(22) 각각은 상기 금속에 더하여 유전체 세라믹층(20)과 동일한 유전체 세라믹 재료를 포함해도 된다.
제1 내부전극층(21) 및 제2 내부전극층(22) 각각의 두께는 0.3㎛ 이상, 2.0㎛ 이하인 것이 바람직하다.
제1 외부전극(51)은 적층체(10)의 제1 단면(15)에 마련되어 있고, 도 1에서는 제1 주면(11), 제2 주면(12), 제1 측면(13) 및 제2 측면(14)의 각 일부에까지 돌아 들어간 부분을 가지고 있다. 제1 외부전극(51)은 제1 단면(15)에서 제1 내부전극층(21)에 접속되어 있다.
제2 외부전극(52)은 적층체(10)의 제2 단면(16)에 마련되어 있고, 도 1에서는 제1 주면(11), 제2 주면(12), 제1 측면(13) 및 제2 측면(14)의 각 일부에까지 돌아 들어간 부분을 가지고 있다. 제2 외부전극(52)은 제2 단면(16)에서 제2 내부전극층(22)에 접속되어 있다.
제1 외부전극(51) 및 제2 외부전극(52) 각각은 예를 들면, 적층체(10)의 단면 측으로부터, 베이킹에 의해 형성되는 Cu를 포함하는 베이스 전극층과, 상기 베이스 전극층의 표면에 형성되는 제1 도금층과, 상기 제1 도금층의 표면에 형성되는 제2 도금층을 포함하는 3층 구조이다.
도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 적층체(10)는 제1 내부전극층(21) 및 제2 내부전극층(22)이 유전체 세라믹층(20)을 사이에 두고 대향하고 있는 내층부(30)와, 내층부(30)를 적층(T)방향으로 끼우도록 배치되는 외층부(31 및 32)와, 내층부(30), 외층부(31) 및 외층부(32)를 폭(W)방향으로 끼우도록 배치되는 사이드 마진부(41 및 42)를 포함하고 있다. 도 3 및 도 4에서는 내층부(30)는 적층(T)방향을 따라, 제1 주면(11)에 가장 가까운 제1 내부전극층(21)과, 제2 주면(12)에 가장 가까운 제1 내부전극층(21)에 끼인 영역이다. 도시되어 있지 않지만, 외층부(31) 및 외층부(32) 각각은 적층(T)방향으로 적층된 복수개의 유전체 세라믹층(20)으로 구성되는 것이 바람직하다.
내층부(30)를 구성하는 유전체 세라믹층(20)은 예를 들면, BaTiO3, CaTiO3, SrTiO3, CaZrO3 등을 주성분으로 하는 유전체 세라믹 재료로 구성된다. 내층부(30)를 구성하는 유전체 세라믹층(20)에는 후술할 소결 조제 원소가 추가로 함유되어 있어도 된다.
내층부(30)를 구성하는 유전체 세라믹층(20)의 두께는 0.2㎛ 이상, 10㎛ 이하인 것이 바람직하다.
외층부(31) 및 외층부(32)를 구성하는 유전체 세라믹층(20)은 예를 들면, BaTiO3, CaTiO3, SrTiO3, CaZrO3 등을 주성분으로 하는 유전체 세라믹 재료로 구성된다. 외층부(31) 및 외층부(32)를 구성하는 유전체 세라믹층(20)에는 후술할 소결 조제 원소가 추가로 함유되어 있어도 된다.
외층부(31) 및 외층부(32)를 구성하는 유전체 세라믹층(20)은 내층부(30)를 구성하는 유전체 세라믹층(20)과 동일한 유전체 세라믹 재료로 구성되는 것이 바람직하지만, 내층부(30)를 구성하는 유전체 세라믹층(20)과 다른 유전체 세라믹 재료로 구성되어도 된다.
외층부(31 및 32) 각각의 두께는 15㎛ 이상, 40㎛ 이하인 것이 바람직하다. 한편, 외층부(31 및 32) 각각은 복층 구조가 아닌 단층 구조여도 된다.
사이드 마진부(41) 및 사이드 마진부(42) 각각은 폭(W)방향으로 적층된 복수개의 세라믹층으로 구성된다. 도 4에서는 사이드 마진부(41)는 상기 세라믹층으로서, 적층체(10)의 가장 내측에 배치되는 내부층(41a)과, 적층체(10)의 가장 외측에 배치되는 외부층(41b)과, 내부층(41a) 및 외부층(41b) 사이에 배치되는 완충층(41c)을 포함하는 3층 구조이다. 마찬가지로, 사이드 마진부(42)는 상기 세라믹층으로서, 적층체(10)의 가장 내측에 배치되는 내부층(42a)과, 적층체(10)의 가장 외측에 배치되는 외부층(42b)과, 내부층(42a) 및 외부층(42b) 사이에 배치되는 완충층(42c)을 포함하는 3층 구조이다. 한편, 사이드 마진부는 세라믹층으로서 내부층, 외부층 및 완충층을 포함하는 3층 구조에 한정되지 않고, 내부층 및 완충층의 사이나, 외부층 및 완충층의 사이에 다른 세라믹층을 포함하는 4층 이상의 구조여도 된다. 또한, 적층체의 제1 측면 측의 사이드 마진부와 제2 측면 측의 사이드 마진부에서 세라믹층의 층수가 달라도 된다.
사이드 마진부가 내부층, 외부층 및 완충층을 포함하는 3층 구조인 경우, 내부층, 외부층 및 완충층에서의 소결성의 차이로부터, 광학현미경 또는 전자현미경 등을 이용하여 관찰함으로써, 3층 구조인 것을 확인할 수 있다. 사이드 마진부가 4층 이상의 구조인 경우도 마찬가지이다.
내부층(41a) 및 내부층(42a)은 예를 들면, BaTiO3, CaTiO3, SrTiO3, CaZrO3 등을 주성분으로 하는 유전체 세라믹 재료로 구성된다. 내부층(41a) 및 내부층(42a)에는 후술할 소결 조제 원소가 추가로 함유되어 있어도 된다.
내부층(41a) 및 내부층(42a)은 내층부(30), 외층부(31) 및 외층부(32)를 구성하는 유전체 세라믹층(20)과 동일한 유전체 세라믹 재료로 구성되는 것이 바람직하지만, 내층부(30), 외층부(31) 및 외층부(32)를 구성하는 유전체 세라믹층(20)과 다른 유전체 세라믹 재료로 구성되어도 된다.
외부층(41b) 및 외부층(42b)은 예를 들면, BaTiO3, CaTiO3, SrTiO3, CaZrO3 등을 주성분으로 하는 유전체 세라믹 재료로 구성된다. 외부층(41b) 및 외부층(42b)에는 후술할 소결 조제 원소가 추가로 함유되어 있다. 외부층(41b) 및 외부층(42b)은 내부층(41a) 및 내부층(42a)과 동일한 유전체 세라믹 재료로 구성되는 것이 바람직하지만, 내부층(41a) 및 내부층(42a)과 다른 유전체 세라믹 재료로 구성되어도 된다. 외부층(41b) 및 외부층(42b)은 내층부(30), 외층부(31) 및 외층부(32)를 구성하는 유전체 세라믹층(20)과 동일한 유전체 세라믹 재료로 구성되는 것이 바람직하지만, 내층부(30), 외층부(31) 및 외층부(32)를 구성하는 유전체 세라믹층(20)과 다른 유전체 세라믹 재료로 구성되어도 된다.
적층 세라믹 콘덴서(1)에서, 외부층(41b)은 소결 조제 원소의 함유량이 내부층(41a)보다도 많다. 또한, 외부층(42b)은 소결 조제 원소의 함유량이 내부층(42a)보다도 많다.
따라서, 내부층에 비해 외부층의 소결성을 올릴 수 있다. 또한, 내부층에 비해 외부층의 경도를 높게 할 수 있다. 그 결과, 외부층을 치밀하게 할 수 있다.
소결 조제 원소로는 예를 들면, Si, B, Li, K, Na, Mn, Mg, Ho, Ca, V 등을 들 수 있다. 소결 조제 원소는 1종이어도 되고, 2종 이상이어도 된다. 소결 조제 원소가 2종 이상인 경우, 외부층은 이들 원소 중 적어도 1종의 원소의 함유량이 내부층보다 많은 것이 바람직하다. 다른 세라믹층에서의 소결 조제 원소의 함유량의 관계에 대해서도 마찬가지이다.
한편, 어느 한쪽의 측면 측의 외부층에서의 소결 조제 원소의 함유량이 내부층에서의 소결 조제 원소의 함유량보다도 많은 경우, 다른 쪽의 측면 측의 외부층에서의 소결 조제 원소의 함유량은 내부층에서의 소결 조제 원소의 함유량과 동일해도 되고, 내부층에서의 소결 조제 원소의 함유량보다 적어도 된다.
각 세라믹층에 포함되는 소결 조제 원소의 종류 및 그 함유량에 대해서는 적층 세라믹 콘덴서의 길이(L)방향의 대략 중앙에서, WT 절단면을 노출시킨 후, 파장분산형 X선 분석(WDX)에 의한 원소 분석을 실시함으로써 구할 수 있다.
적층 세라믹 콘덴서(1)에서, 완충층(41c)은 소결 조제 원소의 함유량이 외부층(41b)보다도 적다. 또한, 완충층(42c)은 소결 조제 원소의 함유량이 외부층(42b)보다도 적다. 완충층(41c 및 42c)은 소결 조제 원소를 함유하고 있지 않아도 된다.
소결 조제 원소의 함유량이 외부층보다도 적은 완충층을 내부층 및 외부층 사이에 배치함으로써, 외부층에 포함되는 소결 조제 원소를 완충층에 정착시켜, 내층부의 유전체 세라믹층 측으로의 소결 조제 원소의 확산을 방지할 수 있다. 그 결과, 내층부의 세라믹 입자의 입성장을 억제할 수 있다.
내층부의 유전체 세라믹층 측으로의 소결 조제 원소의 확산을 방지하는 관점에서 완충층(41c)은 소결 조제 원소의 함유량이 내부층(41a)보다도 적은 것이 바람직하다. 또한, 완충층(42c)은 소결 조제 원소의 함유량이 내부층(42a)보다도 적은 것이 바람직하다.
또한, 완충층(41c) 및 완충층(42c) 각각은 소결 조제 원소의 함유량이 유전체 세라믹층(20)보다도 적은 것이 바람직하다. 유전체 세라믹층(20)에서의 소결 조제 원소의 함유량은 내부층(41a 및 42a) 각각에서의 소결 조제 원소의 함유량과 같은 정도여도 되고, 달라도 된다.
완충층(41c) 및 완충층(42c)은 예를 들면, BaTiO3, CaTiO3, SrTiO3, CaZrO3 등을 주성분으로 하는 유전체 세라믹 재료로 구성된다. 완충층(41c) 및 완충층(42c)에는 소결 조제 원소가 추가로 함유되어 있어도 되고, 함유되어 있지 않아도 된다.
완충층(41c) 및 완충층(42c)은 내부층(41a), 내부층(42a), 외부층(41b) 및 외부층(42b)과 동일한 유전체 세라믹 재료로 구성되는 것이 바람직하지만, 내부층(41a), 내부층(42a), 외부층(41b) 및 외부층(42b)과 다른 유전체 세라믹 재료로 구성되어도 된다. 완충층(41c) 및 완충층(42c)은 내층부(30), 외층부(31) 및 외층부(32)를 구성하는 유전체 세라믹층(20)과 동일한 유전체 세라믹 재료로 구성되는 것이 바람직하지만, 내층부(30), 외층부(31) 및 외층부(32)를 구성하는 유전체 세라믹층(20)과 다른 유전체 세라믹 재료로 구성되어도 된다.
한편, 어느 한쪽의 측면 측의 외부층에서의 소결 조제 원소의 함유량이 내부층에서의 소결 조제 원소의 함유량과 동일하거나, 내부층에서의 소결 조제 원소의 함유량보다도 적은 경우, 그 측면 측의 사이드 마진부는 완충층을 포함하지 않아도 된다. 또한, 그 측면 측의 사이드 마진부가 완충층을 포함하는 경우여도 상기 측면 측의 완충층에서의 소결 조제 원소의 함유량은 외부층에서의 소결 조제 원소의 함유량과 동일해도 되고, 외부층에서의 소결 조제 원소의 함유량보다 많아도 된다.
적층 세라믹 콘덴서(1)의 형상 및 성능을 유지하는 관점에서, 내부층(41a)은 외부층(41b)보다도 얇은 것이 바람직하다. 마찬가지로, 내부층(42a)은 외부층(42b)보다도 얇은 것이 바람직하다.
완충층(41c)은 내부층(41a)보다 두꺼워도 되고 얇아도 된다. 또한, 완충층(41c)은 외부층(41b)보다 두꺼워도 되고 얇아도 된다. 마찬가지로, 완충층(42c)은 내부층(42a)보다 두꺼워도 되고 얇아도 된다. 또한, 완충층(42c)은 외부층(42b)보다 두꺼워도 되고 얇아도 된다.
내부층(41a 및 42a) 각각의 두께는 0.1㎛ 이상, 10㎛ 이하인 것이 바람직하다. 내부층(41a 및 42a)의 두께는 서로 동일한 것이 바람직하다.
외부층(41b 및 42b) 각각의 두께는 5㎛ 이상, 20㎛ 이하인 것이 바람직하다. 외부층(41b 및 42b)의 두께는 서로 동일한 것이 바람직하다.
완충층(41c 및 42c) 각각의 두께는 0.1㎛ 이상, 10㎛ 이하인 것이 바람직하다. 완충층(41c 및 42c)의 두께는 서로 동일한 것이 바람직하다.
사이드 마진부(41 및 42) 각각의 두께는 5㎛ 이상, 40㎛ 이하인 것이 바람직하고, 5㎛ 이상, 20㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 사이드 마진부(41 및 42)의 두께는 서로 동일한 것이 바람직하다.
사이드 마진부의 각 세라믹층의 두께란, 적층(T)방향을 따라 사이드 마진부의 각 세라믹층의 두께를 복수 군데에서 측정했을 때의 평균값을 의미한다.
구체적으로는, 적층 세라믹 콘덴서의 길이(L)방향의 대략 중앙에서 WT 절단면을 노출시키고, WT 절단면의 제1 및 제2 내부전극층의 폭(W)방향의 단부(端部)와 어느 한쪽의 사이드 마진부가 동일 시야에 들어오도록 광학현미경 또는 전자현미경을 이용하여 촬상한다. 촬상 군데로서, 적층(T)방향에서, 상부, 중앙부 및 하부 3군데를 각각 촬상한다. 상부, 중앙부 및 하부에서, 제1 및 제2 내부전극층의 폭(W)방향의 단부로부터 적층체의 측면을 향해 폭(W)방향에 평행한 복수개의 선분을 긋고, 각각의 선분의 길이를 측정한다. 측정한 선분의 길이에 대해, 상부, 중앙부 및 하부 각각의 평균값을 산출한다. 각각의 평균값을 더 평균화함으로써 각 세라믹층의 두께가 얻어진다.
사이드 마진부(41)의 각 세라믹층을 구성하는 세라믹의 조성은 유전체 세라믹층(20)을 구성하는 세라믹의 조성과 달라도 된다. 이 경우, 내부층(41a) 및 외부층(41b) 중 적어도 한쪽을 구성하는 세라믹의 조성이 유전체 세라믹층(20)을 구성하는 세라믹의 조성과 다르면 된다.
마찬가지로, 사이드 마진부(42)의 각 세라믹층을 구성하는 세라믹의 조성은 유전체 세라믹층(20)을 구성하는 세라믹의 조성과 달라도 된다. 이 경우, 내부층(42a) 및 외부층(42b) 중 적어도 한쪽을 구성하는 세라믹의 조성이 유전체 세라믹층(20)을 구성하는 세라믹의 조성과 다르면 된다.
사이드 마진부(41)가 내부층(41a), 외부층(41b) 및 완충층(41c)의 3층으로 구성되는 경우, 내부층(41a)을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경은 외부층(41b)을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경, 완충층(41c)을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경, 및 유전체 세라믹층(20)을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경보다도 큰 것이 바람직하다. 외부층(41b)을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경, 및 유전체 세라믹층(20)을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경은 같은 정도여도 되고, 달라도 된다.
마찬가지로, 사이드 마진부(42)가 내부층(42a), 외부층(42b) 및 완충층(42c)의 3층으로 구성되는 경우, 내부층(42a)을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경은 외부층(42b)을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경, 완충층(42c)을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경, 및 유전체 세라믹층(20)을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경보다도 큰 것이 바람직하다. 외부층(42b)을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경, 및 유전체 세라믹층(20)을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경은 같은 정도여도 되고, 달라도 된다.
한편, 각 세라믹층을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경은 적층 세라믹 콘덴서의 WT 절단면을 주사형 전자현미경(SEM)에 의해 소정의 배율로 촬상함으로써 얻어진 화상으로부터 임의의 크기의 세라믹 입자를 몇 개 선택하여 입경을 측정하고, 그 평균값을 산출한 것이다.
구체적으로는, 적층 세라믹 콘덴서의 길이(L)방향의 대략 중앙에서 WT 절단면을 노출시키고, 적층(T)방향의 대략 중앙에서의 유전체 세라믹층, 내부층 및 외부층을 10000배의 배율로 각각 3군데 촬상함으로써 얻어진 화상으로부터 세라믹 입자를 15개 이상 선택한다. 선택한 세라믹 입자의 입경을 화상 해석에 의해 계측하고, 평균값을 산출함으로써 평균 입경이 얻어진다.
[적층 세라믹 콘덴서의 제조 방법]
본 발명의 제1 실시형태에 따른 적층 세라믹 콘덴서의 제조 방법은 바람직하게는,
미(未)소성 상태에 있는 복수개의 유전체 세라믹층과 복수 쌍의 제1 내부전극층 및 제2 내부전극층으로 구성된 적층 구조를 가지며, 적층방향에 직교하는 폭방향에서 마주 보는 제1 측면 및 제2 측면에 상기 제1 내부전극층 및 상기 제2 내부전극층이 노출된 그린칩을 준비하는 공정과,
상기 그린칩의 상기 제1 측면 및 상기 제2 측면에 미소성의 사이드 마진부를 형성함으로써 미소성의 적층체를 제작하는 공정과,
상기 미소성의 적층체를 소성하는 공정을 포함하고,
상기 미소성의 적층체를 제작하는 공정에서는 상기 제1 측면 및 상기 제2 측면에 미소성의 내부층을 형성하고, 가장 외측에 미소성의 외부층을 형성하며, 상기 내부층 및 상기 외부층 사이에 미소성의 완충층을 형성함으로써, 상기 미소성의 사이드 마진부가 형성된다.
이하, 도 1에 나타내는 적층 세라믹 콘덴서(1)의 제조 방법의 일례에 대해 설명한다.
우선, 유전체 세라믹층(20)이 되어야 할 세라믹 그린시트를 준비한다. 세라믹 그린시트에는 상술한 유전체 세라믹 재료를 포함하는 세라믹 원료 외에 바인더 및 용제 등이 포함된다. 세라믹 그린시트는 예를 들면, 캐리어 필름 상에서 다이 코터, 그라비어 코터, 마이크로 그라비어 코터 등을 이용하여 성형된다.
도 5A, 도 5B 및 도 5C는 세라믹 그린시트의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 5A, 도 5B 및 도 5C에는 각각 내층부(30)를 형성하기 위한 제1 세라믹 그린시트(101), 내층부(30)를 형성하기 위한 제2 세라믹 그린시트(102), 및 외층부(31 또는 32)를 형성하기 위한 제3 세라믹 그린시트(103)를 나타내고 있다.
도 5A, 도 5B 및 도 5C에서는 제1 세라믹 그린시트(101), 제2 세라믹 그린시트(102) 및 제3 세라믹 그린시트(103)는 적층 세라믹 콘덴서(1)마다 나뉘어 잘려 있지 않다. 도 5A, 도 5B 및 도 5C에는 적층 세라믹 콘덴서(1)마다 나눠 자를 때의 절단선(X 및 Y)이 나타나 있다. 절단선(X)은 길이(L)방향에 평행하고, 절단선(Y)은 폭(W)방향에 평행하다.
도 5A에 나타내는 바와 같이, 제1 세라믹 그린시트(101)에는 제1 내부전극층(21)에 대응하는 미소성의 제1 내부전극층(121)이 형성되어 있다. 도 5B에 나타내는 바와 같이, 제2 세라믹 그린시트(102)에는 제2 내부전극층(22)에 대응하는 미소성의 제2 내부전극층(122)이 형성되어 있다. 도 5C에 나타내는 바와 같이, 외층부(31 또는 32)에 대응하는 제3 세라믹 그린시트(103)에는 미소성의 내부전극층(121 또는 122)은 형성되어 있지 않다.
제1 내부전극층(121) 및 제2 내부전극층(122)은 임의의 도전성 페이스트를 이용하여 형성할 수 있다. 도전성 페이스트에 의한 제1 내부전극층(121) 및 제2 내부전극층(122)의 형성에는 예를 들면, 스크린 인쇄법, 그라비어 인쇄법 등의 방법을 이용할 수 있다.
제1 내부전극층(121) 및 제2 내부전극층(122)은 절단선(Y)에 의해 구획된 길이(L)방향에 인접하는 2개의 영역에 걸쳐 배치되고, 폭(W)방향으로 띠 형상으로 연장되어 있다. 제1 내부전극층(121)과 제2 내부전극층(122)은 절단선(Y)에 의해 구획된 영역 1열씩 길이(L)방향으로 비켜 놓여 있다. 즉, 제1 내부전극층(121)의 중앙을 통과하는 절단선(Y)이 제2 내부전극층(122) 사이의 영역을 통과하고, 제2 내부전극층(122)의 중앙을 통과하는 절단선(Y)이 제1 내부전극층(121) 사이의 영역을 통과하고 있다.
그 후, 제1 세라믹 그린시트(101), 제2 세라믹 그린시트(102) 및 제3 세라믹 그린시트(103)를 적층함으로써 마더 블록을 제작한다.
도 6은 마더 블록의 일례를 모식적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 6에서는 설명의 편의상, 제1 세라믹 그린시트(101), 제2 세라믹 그린시트(102) 및 제3 세라믹 그린시트(103)를 분해하여 나타내고 있다. 실제의 마더 블록(104)에서는 제1 세라믹 그린시트(101), 제2 세라믹 그린시트(102) 및 제3 세라믹 그린시트(103)가 정수압 프레스 등의 수단에 의해 압착되어 일체화되어 있다.
도 6에 나타내는 마더 블록(104)에서는 내층부(30)에 대응하는 제1 세라믹 그린시트(101) 및 제2 세라믹 그린시트(102)가 적층(T)방향으로 교대로 적층되어 있다. 더욱이, 교대로 적층된 제1 세라믹 그린시트(101) 및 제2 세라믹 그린시트(102)의 적층(T)방향의 상하면에, 외층부(31 및 32)에 대응하는 제3 세라믹 그린시트(103)가 적층되어 있다. 한편, 도 6에서는 제3 세라믹 그린시트(103)가 각각 3매씩 적층되어 있는데, 제3 세라믹 그린시트(103)의 매수는 적절히 변경 가능하다.
얻어진 마더 블록(104)을 절단선(X 및 Y)(도 5A, 도 5B 및 도 5C 참조)을 따라 절단함으로써 복수개의 그린칩을 제작한다. 이 절단에는 예를 들면, 다이싱, 프레싱, 레이저 커트 등의 방법이 적용된다.
도 7은 그린칩의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 7에 나타내는 그린칩(110)은 미소성 상태에 있는 복수개의 유전체 세라믹층(120)과 복수 쌍의 제1 내부전극층(121) 및 제2 내부전극층(122)으로 구성된 적층 구조를 가지고 있다. 그린칩(110)의 제1 측면(113) 및 제2 측면(114)은 절단선(X)을 따르는 절단에 의해 드러난 면이며, 제1 단면(115) 및 제2 단면(116)은 절단선(Y)을 따르는 절단에 의해 드러난 면이다. 제1 측면(113) 및 제2 측면(114)에는 제1 내부전극층(121) 및 제2 내부전극층(122)이 노출되어 있다. 또한, 제1 단면(115)에는 제1 내부전극층(121)만 노출되고, 제2 단면(116)에는 제2 내부전극층(122)만 노출되어 있다.
얻어진 그린칩(110)의 제1 측면(113) 및 제2 측면(114)에 미소성의 사이드 마진부를 형성함으로써 미소성의 적층체를 제작한다. 미소성의 사이드 마진부는 예를 들면, 그린칩의 제1 측면 및 제2 측면에 사이드 마진부용 세라믹 그린시트를 붙임으로써 형성된다.
예를 들면, 사이드 마진부가 내부층, 외부층 및 완충층의 3층으로 구성되는 경우, 우선, 내부층용 세라믹 그린시트를 제작하기 위해, BaTiO3 등을 주성분으로 하는 유전체 세라믹 재료를 포함하는 세라믹 원료 외에, 바인더 및 용제 등을 포함하는 세라믹 슬러리를 제작한다. 내부층용 세라믹 슬러리에는 소결 조제가 첨가되어도 된다. 내부층은 그린칩(110)과 접착하기 위한 역할을 가진다.
다음으로, 외부층용 세라믹 그린시트를 제작하기 위해, BaTiO3 등을 주성분으로 하는 유전체 세라믹 재료를 포함하는 세라믹 원료 외에, 바인더 및 용제 등을 포함하는 세라믹 슬러리를 제작한다. 외부층용 세라믹 슬러리에는 소결 조제가 첨가된다.
또한, 완충층용 세라믹 그린시트를 제작하기 위해, BaTiO3 등을 주성분으로 하는 유전체 세라믹 재료를 포함하는 세라믹 원료 외에, 바인더 및 용제 등을 포함하는 세라믹 슬러리를 제작한다. 완충층용 세라믹 슬러리에는 소결 조제가 첨가되어도 되고, 첨가되지 않아도 된다.
여기서, 외부층용 세라믹 슬러리에서의 소결 조제의 함유량을 내부층용 세라믹 슬러리에서의 소결 조제의 함유량보다도 많게 하면서 완충층용 세라믹 슬러리에서의 소결 조제의 함유량을 외부층용 세라믹 슬러리에서의 소결 조제의 함유량보다도 적게 한다. 또한, 완충층용 세라믹 슬러리에서의 소결 조제의 함유량을 내부층용 세라믹 슬러리에서의 소결 조제의 함유량보다도 적게 하는 것이 바람직하다. 한편, 완충층용 세라믹 슬러리에는 소결 조제가 첨가되어 있지 않아도 된다.
수지 필름의 표면에 외부층용 세라믹 슬러리를 도포하고 건조시킴으로써 외부층용 세라믹 그린시트가 형성된다. 수지 필름 상의 외부층용 세라믹 그린시트의 표면에 완충층용 세라믹 슬러리를 도포하고 건조시킴으로써 완충층용 세라믹 그린시트가 형성된다. 완충층용 세라믹 그린시트의 표면에 내부층용 세라믹 슬러리를 도포하고 건조시킴으로써 내부층용 세라믹 그린시트가 형성된다. 이상에 의해, 3층 구조를 가지는 사이드 마진부용 세라믹 그린시트가 얻어진다.
한편, 3층 구조를 가지는 사이드 마진부용 세라믹 그린시트는 예를 들면, 외부층용 세라믹 그린시트, 완충층용 세라믹 그린시트 및 내부층용 세라믹 그린시트 각각을 미리 형성해 두고, 그 후, 각각을 맞붙임으로써도 얻어진다. 또한, 사이드 마진부용 세라믹 그린시트는 3층에 한정되지 않고, 4층 이상의 복수층이어도 된다.
그 후, 수지 필름으로부터 사이드 마진부용 세라믹 그린시트를 박리한다.
이어서, 사이드 마진부용 세라믹 그린시트의 내부층용 세라믹 그린시트와 그린칩(110)의 제1 측면(113)을 대향시키고, 프레싱하여 펀칭함으로써 미소성의 사이드 마진부(41)가 형성된다. 더욱이, 그린칩(110)의 제2 측면(114)에 대해서도 사이드 마진부용 세라믹 그린시트의 내부층용 세라믹 그린시트를 대향시키고, 프레싱하여 펀칭함으로써 미소성의 사이드 마진부(42)가 형성된다. 이 때, 그린칩의 측면에는 접착제가 될 유기 용제를 미리 도포해 두는 것이 바람직하다.
미소성의 사이드 마진부(41 및 42)가 형성된 그린칩(110)은 예를 들면, 질소분위기 중 소정의 조건으로 탈지 처리된 후, 질소-수소-수증기 혼합 분위기 중에서 소정의 온도로 소성된다. 이로써 소결한 적층체(10)(도 2 참조)가 얻어진다.
얻어진 적층체(10)의 제1 단면(15) 및 제2 단면(16) 각각에, Cu를 주성분으로 하는 외부전극 페이스트를 도포하여 베이킹하고, 제1 내부전극층(21)에 접속된 베이스 전극층과, 제2 내부전극층(22)에 접속된 베이스 전극층을 형성한다. 더욱이, 각각의 베이스 전극층의 표면에, Ni 도금에 의한 제1 도금층을 형성하고, 제1 도금층의 표면에 Sn 도금에 의한 제2 도금층을 형성한다. 이로써, 제1 외부전극(51) 및 제2 외부전극(52)이 형성된다.
이상과 같이 하여, 도 1에 나타내는 적층 세라믹 콘덴서(1)가 제조된다.
한편, 미소성의 사이드 마진부는 그린칩의 양 측면에 사이드 마진부용 세라믹 그린시트를 붙임으로써 형성해도 되고, 사이드 마진부용 세라믹 슬러리를 도포함으로써 형성해도 된다.
사이드 마진부용 세라믹 슬러리를 도포함으로써 미소성의 사이드 마진부를 형성하는 경우, 그린칩의 양 측면에 내부층용 세라믹 슬러리가 각각 도포되고 건조된다. 더욱이, 내부층의 표면에 완충층용 세라믹 슬러리가 도포되고 건조된 후, 완충층의 표면에 외부층용 세라믹 슬러리가 도포된다.
또한, 사이드 마진부는 그린칩의 양 단면을 수지 등으로 마스킹한 후에 이 그린칩을 통째로 내부층용 세라믹 슬러리 내에 디핑(dipping)하고 건조시키며, 더욱이, 완충층용 세라믹 슬러리 내에 디핑하고 건조시킨 후, 외부층용 세라믹 슬러리 내에 디핑함으로써 형성해도 된다. 이 경우, 외층부 상에도 내부층, 완충층 및 외부층이 형성되어 4층 구조가 된다.
(제2 실시형태)
[적층 세라믹 콘덴서]
본 발명의 제2 실시형태에 따른 적층 세라믹 콘덴서에서는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 적층 세라믹 콘덴서와 달리, 사이드 마진부는 폭방향으로 적층된 복수개의 세라믹층으로 구성되고, 상기 세라믹층으로서, 적층체의 가장 내측에 배치되는 내부층과, 적층체의 가장 외측에 배치되는 외부층과, 내부층 및 외부층 사이에 배치되고 내부층 및 외부층보다도 탄성률이 낮은 완충층을 포함한다.
도 1~도 4는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 적층 세라믹 콘덴서의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이기도 하다. 이하의 점을 제외하고, 도 1에 나타내는 적층 세라믹 콘덴서(1)는 본 발명의 제1 실시형태와 공통된 구성을 가진다.
내부층(41a) 및 내부층(42a)은 예를 들면, BaTiO3, CaTiO3, SrTiO3, CaZrO3 등을 주성분으로 하는 유전체 세라믹 재료로 구성된다. 내부층(41a) 및 내부층(42a)에는 후술할 소결 조제 원소가 추가로 함유되어 있어도 된다.
내부층(41a) 및 내부층(42a)은 내층부(30), 외층부(31) 및 외층부(32)를 구성하는 유전체 세라믹층(20)과 동일한 유전체 세라믹 재료로 구성되는 것이 바람직하지만, 내층부(30), 외층부(31) 및 외층부(32)를 구성하는 유전체 세라믹층(20)과 다른 유전체 세라믹 재료로 구성되어도 된다.
외부층(41b) 및 외부층(42b)은 예를 들면, BaTiO3, CaTiO3, SrTiO3, CaZrO3 등을 주성분으로 하는 유전체 세라믹 재료로 구성된다. 외부층(41b) 및 외부층(42b)에는 후술할 소결 조제 원소가 추가로 함유되어 있는 것이 바람직하다.
외부층(41b) 및 외부층(42b)은 내부층(41a) 및 내부층(42a)과 동일한 유전체 세라믹 재료로 구성되는 것이 바람직하지만, 내부층(41a) 및 내부층(42a)과 다른 유전체 세라믹 재료로 구성되어도 된다. 외부층(41b) 및 외부층(42b)은 내층부(30), 외층부(31) 및 외층부(32)를 구성하는 유전체 세라믹층(20)과 동일한 유전체 세라믹 재료로 구성되는 것이 바람직하지만, 내층부(30), 외층부(31) 및 외층부(32)를 구성하는 유전체 세라믹층(20)과 다른 유전체 세라믹 재료로 구성되어도 된다.
적층 세라믹 콘덴서(1)에서, 완충층(41c)은 내부층(41a) 및 외부층(41b)보다도 탄성률이 낮다. 또한, 완충층(42c)은 내부층(42a) 및 외부층(42b)보다도 탄성률이 낮다.
내부층 및 외부층보다도 탄성률이 낮은 완충층을 내부층 및 외부층 사이에 배치함으로써, 외부로부터 사이드 마진부에 가해지는 응력을 완충층에 의해 완화시킬 수 있다. 그 결과, 적층 세라믹 콘덴서의 균열이나 깨짐이 생기기 어려워진다.
본 명세서에서 탄성률은 영률(세로 탄성 계수)을 의미한다.
한편, 어느 한쪽의 측면 측의 완충층에서의 탄성률이 내부층 및 외부층보다도 낮은 경우, 다른 쪽의 측면 측의 사이드 마진부는 완충층을 포함하지 않아도 된다. 또한, 다른 쪽의 측면 측의 사이드 마진부가 완충층을 포함하는 경우여도 상기 측면 측의 완충층에서의 탄성률은 내부층 및 외부층과 동일해도 되고, 내부층 및 외부층보다 높아도 된다.
완충층(41c) 및 완충층(42c)은 내부층(41a), 내부층(42a), 외부층(41b) 및 외부층(42b)과 다른 유전체 세라믹 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 완충층(41c) 및 완충층(42c)은 예를 들면, 열팽창계수가 다른 2종 이상의 세라믹 성분을 가지는 가요성(可撓性) 세라믹 재료로 구성된다. 완충층(41c) 및 완충층(42c)에는 후술할 소결 조제 원소가 추가로 함유되어 있어도 되고, 함유되어 있지 않아도 된다.
구체적으로는, 완충층(41c) 및 완충층(42c)은 열팽창계수가 2×10-6/℃ 이하인 저열팽창성 세라믹 성분과, 상기 저열팽창성 세라믹 성분보다도 열팽창계수가 5×10-6/℃ 이상 큰 고열팽창성 세라믹 성분을 가지는 가요성 세라믹 재료로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 가요성 세라믹 재료는 일본 특허공보 특허제4381760호에 기재되어 있는 바와 같이, 어느 한쪽의 성분의 평균 입경이 100㎛ 이상 500㎛ 이하이며, 다른 쪽의 성분의 평균 입경이 10㎛ 이하인 세라믹스 입자를 혼합한 후, 성형, 소성함으로써 얻어진다. 입계에 입자끼리의 열팽창계수의 차에 의해, 3차원적으로 연속된 개방기공(開放氣孔)으로서의 크랙이 발생하기 때문에 가요성을 가지는 세라믹 재료가 얻어진다. 이와 같이 하여 얻어지는 가요성 세라믹 재료는 상기 크랙을 5용적% 이상 20용적% 이하 가지는 것이 바람직하다.
복합되는 세라믹 성분의 조합은, (1) 저열팽창성 세라믹 성분의 평균 입경이 100㎛ 이상 500㎛ 이하 정도인 세라믹 입자와, 그 입계상(粒界相)으로서의 고열팽창성 세라믹 성분의 평균 입경이 10㎛ 이하 정도인 세라믹 입자의 조합, 또는 (2) 고열팽창성 세라믹 성분의 평균 입경이 100㎛ 이상 500㎛ 이하 정도인 세라믹 입자와, 그 입계상으로서의 저열팽창성 세라믹 성분의 평균 입경이 10㎛ 이하 정도인 세라믹 입자의 조합이다. 한편, 평균 입경은 수평균 입경이다. 평균 입경이 작은 쪽의 세라믹 입자의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 0.1㎛ 정도여도 특별히 지장은 없다.
상기 가요성 세라믹 재료에서는 평균 입경이 큰 세라믹 입자가 충전된 극간에 평균 입경이 작은 세라믹 입자가 가득 차 있다. 통상 세라믹 입자를 충전하면, 그 체적분율은 50용적% 이상 60용적% 이하 정도가 되고, 나머지 40용적% 이상 50용적% 이하 정도가 극간이 된다. 그 극간의 부분을 평균 입경이 작은 세라믹 입자가 메우게 되므로, 평균 입경이 큰 세라믹 입자에 대하여 평균 입경이 작은 세라믹 입자의 비율은 약 50용적% 이상이 아니면, 전체가 조밀해지지 않아 크랙이 아닌 구멍이 남는다.
한편, 크랙의 발생에는 평균 입경과 열팽창계수의 차가 관계되어, 평균 입경이 커질수록 열팽창계수의 차는 작아도 크랙이 발생한다. 양자의 열팽창계수의 차가 5×10-6/℃ 이상 10×10-6/℃ 이하이면, 어느 한쪽의 세라믹 입자의 평균 입경이 100㎛ 이상 500㎛ 이하이고, 다른 쪽의 세라믹 입자의 평균 입경이 10㎛ 이하이면, 크랙은 발생한다.
특히, 가요성 세라믹 재료는 열팽창계수가 2×10-6/℃ 이하인 저열팽창성 세라믹 성분과 열팽창계수가 20×10-6/℃ 이상인 고열팽창성 세라믹 성분을 가지는 것이 바람직하다. 이들 저열팽창성 세라믹 성분 및 고열팽창성 세라믹 성분을 사용함으로써 입계에 크랙이 발생하기 쉬워진다.
저열팽창성 세라믹 성분으로는 예를 들면, 열팽창계수가 -0.4×10-6/℃인 인산지르코늄칼륨(KZr2(PO4)3)을 들 수 있다. 또한, 고열팽창성 세라믹 성분으로는 예를 들면, 열팽창계수가 25×10-6/℃인 류사이트(KAlSi2O6)를 들 수 있다.
복합되는 세라믹 입자로는 2종류의 성분이 소성 과정에서 반응하지 않는 것을 선택하는 것이 바람직하다. 평균 입경이 100㎛ 이상 500㎛ 이하인 세라믹 입자는 평균 입경이 100㎛보다도 작은 단일상(單一相)의 입자를 소결시킨 것임이 바람직하다. 평균 입경이 100㎛ 이상 500㎛ 이하인 큰 2차 입자를 제작해 두고 나서, 다른 쪽의 성분인 평균 입경이 작은 세라믹 입자와 혼합하고, 다음으로, 작은 세라믹 입자만이 소결하여 전체를 굳히는 바와 같이 함으로써, 소성 과정에서의 2종류의 성분의 반응을 막을 수 있다.
이와 같은 세라믹 성분의 조합을 이용하여 소성한 후, 냉각하면, 소결체의 입계에 3차원적인 크랙이 발생한다. 마이크로 크랙의 발생에 관해서는 2개의 성분의 계면에서, (그 열팽창계수의 차)×(입경)×(소성 온도와 냉각 후의 온도(통상은 실온)의 최종적인 온도차)로 응력이 결정되므로, 냉각 속도는 그다지 관계가 없다.
공극률에 관해서는 천연이고 가요성을 가지는 곤약석(이탈콜루마이트)과 같은 정도의 5용적% 이상 20용적% 이하 정도인 것이 바람직하다. 공극률은 시료의 중량과 외관 체적 등을 이용하여 아르키메데스법에 의해 측정한 개기공률(開氣孔率)이다.
외부층(41b)은 소결 조제 원소의 함유량이 내부층(41a)보다도 많은 것이 바람직하다. 또한, 외부층(42b)은 소결 조제 원소의 함유량이 내부층(42a)보다도 많은 것이 바람직하다.
이 경우, 내부층에 비해 외부층의 소결성을 올릴 수 있다. 또한, 내부층에 비해 외부층의 경도를 높게 할 수 있다. 그 결과, 외부층을 치밀하게 할 수 있다.
소결 조제 원소로는 예를 들면, Si, B, Li, K, Na, Mn, Mg, Ho, Ca, V 등을 들 수 있다. 소결 조제 원소는 1종이어도 되고, 2종 이상이어도 된다. 소결 조제 원소가 2종 이상인 경우, 외부층은 이들 원소 중 적어도 1종의 원소의 함유량이 내부층보다 많은 것이 바람직하다. 다른 세라믹층에서의 소결 조제 원소의 함유량의 관계에 대해서도 마찬가지이다.
한편, 어느 한쪽의 측면 측의 외부층에서의 소결 조제 원소의 함유량이 내부층에서의 소결 조제 원소의 함유량보다도 많은 경우, 다른 쪽의 측면 측의 외부층에서의 소결 조제 원소의 함유량은 내부층에서의 소결 조제 원소의 함유량과 동일해도 되고, 내부층에서의 소결 조제 원소의 함유량보다 적어도 된다.
적층 세라믹 콘덴서(1)의 형상 및 성능을 유지하는 관점에서 내부층(41a)은 외부층(41b)보다도 얇은 것이 바람직하다. 마찬가지로, 내부층(42a)은 외부층(42b)보다도 얇은 것이 바람직하다.
완충층(41c)은 내부층(41a)보다 두꺼워도 되고 얇아도 된다. 또한, 완충층(41c)은 외부층(41b)보다 두꺼워도 되고 얇아도 된다. 마찬가지로, 완충층(42c)은 내부층(42a)보다 두꺼워도 되고 얇아도 된다. 또한, 완충층(42c)은 외부층(42b)보다 두꺼워도 되고 얇아도 된다.
내부층(41a 및 42a) 각각의 두께는 0.1㎛ 이상, 10㎛ 이하인 것이 바람직하다. 내부층(41a 및 42a)의 두께는 서로 동일한 것이 바람직하다.
외부층(41b 및 42b) 각각의 두께는 5㎛ 이상, 20㎛ 이하인 것이 바람직하다. 외부층(41b 및 42b)의 두께는 서로 동일한 것이 바람직하다.
완충층(41c 및 42c) 각각의 두께는 0.1㎛ 이상, 10㎛ 이하인 것이 바람직하다. 완충층(41c 및 42c)의 두께는 서로 동일한 것이 바람직하다.
사이드 마진부(41 및 42) 각각의 두께는 5㎛ 이상, 40㎛ 이하인 것이 바람직하고, 5㎛ 이상, 20㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 사이드 마진부(41 및 42)의 두께는 서로 동일한 것이 바람직하다.
사이드 마진부(41)의 각 세라믹층을 구성하는 세라믹의 조성은 유전체 세라믹층(20)을 구성하는 세라믹의 조성과 달라도 된다. 이 경우, 내부층(41a) 및 외부층(41b) 중 적어도 한쪽을 구성하는 세라믹의 조성이 유전체 세라믹층(20)을 구성하는 세라믹의 조성과 다르면 된다.
마찬가지로, 사이드 마진부(42)의 각 세라믹층을 구성하는 세라믹의 조성은 유전체 세라믹층(20)을 구성하는 세라믹의 조성과 달라도 된다. 이 경우, 내부층(42a) 및 외부층(42b) 중 적어도 한쪽을 구성하는 세라믹의 조성이 유전체 세라믹층(20)을 구성하는 세라믹의 조성과 다르면 된다.
사이드 마진부(41)가 내부층(41a), 외부층(41b) 및 완충층(41c)의 3층으로 구성되는 경우, 내부층(41a)을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경은 외부층(41b)을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경, 완충층(41c)을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경, 및 유전체 세라믹층(20)을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경보다도 큰 것이 바람직하다. 외부층(41b)을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경, 및 유전체 세라믹층(20)을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경은 같은 정도여도 되고, 달라도 된다.
마찬가지로, 사이드 마진부(42)가 내부층(42a), 외부층(42b) 및 완충층(42c)의 3층으로 구성되는 경우, 내부층(42a)을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경은 외부층(42b)을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경, 완충층(42c)을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경, 및 유전체 세라믹층(20)을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경보다도 큰 것이 바람직하다. 외부층(42b)을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경, 및 유전체 세라믹층(20)을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경은 같은 정도여도 되고, 달라도 된다.
[적층 세라믹 콘덴서의 제조 방법]
본 발명의 제2 실시형태에 따른 적층 세라믹 콘덴서의 제조 방법은 바람직하게는,
미소성 상태에 있는 복수개의 유전체 세라믹층과 복수 쌍의 제1 내부전극층 및 제2 내부전극층으로 구성된 적층 구조를 가지며, 적층방향에 직교하는 폭방향에서 마주 보는 제1 측면 및 제2 측면에 상기 제1 내부전극층 및 상기 제2 내부전극층이 노출된 그린칩을 준비하는 공정과,
상기 그린칩의 상기 제1 측면 및 상기 제2 측면에 미소성의 사이드 마진부를 형성함으로써 미소성의 적층체를 제작하는 공정과,
상기 미소성의 적층체를 소성하는 공정을 포함하고,
상기 미소성의 적층체를 제작하는 공정에서는 상기 제1 측면 및 상기 제2 측면에 미소성의 내부층을 형성하고, 가장 외측에 미소성의 외부층을 형성하며, 상기 내부층 및 상기 외부층 사이에 미소성의 완충층을 형성함으로써, 상기 미소성의 사이드 마진부가 형성된다.
본 발명의 제2 실시형태에서는 본 발명의 제1 실시형태와 달리, 완충층용 세라믹 그린시트를 제작하기 위해, 상술한 저열팽창성 세라믹 성분과 고열팽창성 세라믹 성분을 포함하는 세라믹 원료 외에, 바인더 및 용제 등을 포함하는 세라믹 슬러리를 제작한다. 완충층용 세라믹 슬러리에는 소결 조제가 첨가되어도 된다.
이상의 점을 제외하고, 본 발명의 제1 실시형태와 동일한 방법에 의해, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 적층 세라믹 콘덴서를 제조할 수 있다.
본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 적층 세라믹 콘덴서를 비롯한 적층 세라믹 전자부품의 구성, 제조 조건 등에 관해 본 발명의 범위 내에서 다양한 응용, 변형을 가하는 것이 가능하다.
상술한 실시형태에서는 마더 블록(104)을 절단선(X 및 Y)으로 절단하여 복수개의 그린칩을 얻고 나서, 그린칩의 양 측면에 미소성의 사이드 마진부를 형성했었는데, 이하와 같이 변경하는 것도 가능하다.
즉, 마더 블록을 절단선(X)만을 따라 절단함으로써, 절단선(X)을 따르는 절단에 의해 드러난 측면에 제1 내부전극층 및 제2 내부전극층이 노출된 복수개의 봉 형상의 그린 블록체를 얻고 나서, 그린 블록체의 양 측면에 미소성의 사이드 마진부를 형성한 후, 절단선(Y)으로 절단하여 복수개의 미소성의 적층체를 얻고, 그 후, 미소성의 적층체를 소성해도 된다. 소성 후는 전술한 실시형태와 동일한 공정을 실시함으로써, 적층 세라믹 콘덴서 등의 적층 세라믹 전자부품을 제조할 수 있다.
1: 적층 세라믹 콘덴서 10: 적층체
11: 적층체의 제1 주면 12: 적층체의 제2 주면
13: 적층체의 제1 측면 14: 적층체의 제2 측면
15: 적층체의 제1 단면 16: 적층체의 제2 단면
20: 유전체 세라믹층 21: 제1 내부전극층
22: 제2 내부전극층 30: 내층부
31, 32: 외층부 41, 42: 사이드 마진부
41a, 42a: 내부층 41b, 42b: 외부층
41c, 42c: 완충층 51: 제1 외부전극
52: 제2 외부전극 101: 제1 세라믹 그린시트
102: 제2 세라믹 그린시트 103: 제3 세라믹 그린시트
104: 마더 블록 110: 그린칩
113: 그린칩의 제1 측면 114: 그린칩의 제2 측면
115: 그린칩의 제1 단면 116: 그린칩의 제2 단면
120: 미소성의 유전체 세라믹층 121: 미소성의 제1 내부전극층
122: 미소성의 제2 내부전극층 X, Y: 절단선

Claims (8)

  1. 적층방향으로 적층된 복수개의 유전체 세라믹층과 복수 쌍의 제1 내부전극층 및 제2 내부전극층을 포함하고, 상기 적층방향에서 마주 보는 제1 주면(主面) 및 제2 주면과, 상기 적층방향에 직교하는 폭방향에서 마주 보는 제1 측면 및 제2 측면과, 상기 적층방향 및 상기 폭방향에 직교하는 길이방향에서 마주 보는 제1 단면(端面) 및 제2 단면을 가지는 적층체와,
    상기 적층체의 상기 제1 단면에 마련되고 상기 제1 단면에서 상기 제1 내부전극층에 접속되는 제1 외부전극과,
    상기 적층체의 상기 제2 단면에 마련되고 상기 제2 단면에서 상기 제2 내부전극층에 접속되는 제2 외부전극을 포함하는 적층 세라믹 전자부품으로서,
    상기 적층체는 상기 제1 내부전극층 및 상기 제2 내부전극층이 상기 유전체 세라믹층을 사이에 두고 대향하는 내층부와, 상기 내층부를 상기 적층방향으로 끼우도록 배치되는 외층부와, 상기 내층부 및 상기 외층부를 상기 폭방향으로 끼우도록 배치되는 사이드 마진부를 포함하고,
    상기 사이드 마진부는 상기 폭방향으로 적층된 복수개의 세라믹층으로 구성되고, 상기 세라믹층으로 상기 적층체의 가장 내측에 배치되는 내부층과, 상기 적층체의 가장 외측에 배치되고 소결 조제 원소의 함유량이 상기 내부층보다도 많은 외부층과, 상기 내부층 및 상기 외부층 사이에 배치되고 상기 소결 조제 원소의 함유량이 상기 외부층보다도 적은 완충층을 포함하는, 적층 세라믹 전자부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 완충층은 상기 소결 조제 원소의 함유량이 상기 내부층보다도 적은, 적층 세라믹 전자부품.
  3. 적층방향으로 적층된 복수개의 유전체 세라믹층과 복수 쌍의 제1 내부전극층 및 제2 내부전극층을 포함하고, 상기 적층방향에서 마주 보는 제1 주면(主面) 및 제2 주면과, 상기 적층방향에 직교하는 폭방향에서 마주 보는 제1 측면 및 제2 측면과, 상기 적층방향 및 상기 폭방향에 직교하는 길이방향에서 마주 보는 제1 단면(端面) 및 제2 단면을 가지는 적층체와,
    상기 적층체의 상기 제1 단면에 마련되고 상기 제1 단면에서 상기 제1 내부전극층에 접속되는 제1 외부전극과,
    상기 적층체의 상기 제2 단면에 마련되고 상기 제2 단면에서 상기 제2 내부전극층에 접속되는 제2 외부전극을 포함하는 적층 세라믹 전자부품으로서,
    상기 적층체는 상기 제1 내부전극층 및 상기 제2 내부전극층이 상기 유전체 세라믹층을 사이에 두고 대향하는 내층부와, 상기 내층부를 상기 적층방향으로 끼우도록 배치되는 외층부와, 상기 내층부 및 상기 외층부를 상기 폭방향으로 끼우도록 배치되는 사이드 마진부를 포함하고,
    상기 사이드 마진부는 상기 폭방향으로 적층된 복수개의 세라믹층으로 구성되고, 상기 세라믹층으로 상기 적층체의 가장 내측에 배치되는 내부층과, 상기 적층체의 가장 외측에 배치되는 외부층과, 상기 내부층 및 상기 외부층 사이에 배치되고 상기 내부층 및 상기 외부층보다도 탄성률이 낮은 완충층을 포함하는, 적층 세라믹 전자부품.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 완충층은 열팽창계수가 2×10-6/℃ 이하인 저열팽창성 세라믹 성분과, 상기 저열팽창성 세라믹 성분보다도 열팽창계수가 5×10-6/℃ 이상 큰 고열팽창성 세라믹 성분을 가지는 가요성(可撓性) 세라믹 재료로 구성되는, 적층 세라믹 전자부품.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 외부층은 소결 조제 원소의 함유량이 상기 내부층보다도 많은, 적층 세라믹 전자부품.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부층은 상기 외부층보다도 얇은, 적층 세라믹 전자부품.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사이드 마진부의 각 세라믹층을 구성하는 세라믹의 조성은 상기 유전체 세라믹층을 구성하는 세라믹의 조성과 다른, 적층 세라믹 전자부품.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사이드 마진부는 상기 내부층, 상기 외부층 및 상기 완충층의 3층으로 구성되고,
    상기 내부층을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경은 상기 외부층을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경, 및 상기 유전체 세라믹층을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경보다도 큰, 적층 세라믹 전자부품.
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