KR20210052273A - 도전성 페이스트 및 적층형 전자부품 - Google Patents

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Abstract

베이킹에 의해 내습성이 높은 하부전극층을 얻을 수 있는 도전성 페이스트를 제공한다.
도전성 페이스트(1)는 Cu 및 Ni 중에서 선택되는 적어도 1종류의 원소를 포함하는 도전성 분말(2)과, 유리 분말(3)과, 유기 재료(4)를 포함한다. 유리 분말(3)은 붕규산계 유리 조성물을 포함한다. 붕규산계 유리 조성물에 포함되는 원소의 양을 몰%로 나타낸 경우, 4배위의 B의 양을 CB4로 하고, 3배위의 B의 양을 CB3으로 했을 때, CB4/(CB4+CB3)로 나타내지는 4배위의 B의 존재비(RB4)가 0.35≤RB4≤0.80을 충족시킨다.

Description

도전성 페이스트 및 적층형 전자부품{CONDUCTIVE PASTE AND MULTILAYER TYPE ELECTRONIC COMPONENT}
본 개시는 유리 분말을 포함하는 도전성 페이스트, 및 그것을 이용하여 형성된 외부전극을 포함한 적층형 전자부품에 관한 것이다.
적층 세라믹 콘덴서 등의 적층형 전자부품의 외부전극은, 일반적으로 적층체의 표면에 형성된 하부전극층과, 하부전극층 상에 부여된 도금층을 포함한다. 하부전극층은, Cu 및 Ni 등의 도전성 분말과, 유리 분말과, 유기 재료를 포함하는 도전성 페이스트의 베이킹에 의해 형성되는 소결체층인 것이 많다. 여기서, 도금층의 두께는 극히 얇기 때문에, 외부전극의 두께는 하부전극층의 두께에 영향을 받는다.
예를 들면, 적층 세라믹 콘덴서의 소형 대용량화를 진행시키기 위한 한 수단으로서, 외부전극의 두께를 가능한 한 얇게 하고, 정전 용량을 발현하는 적층체의 체적(體積)을 크게 하는 것을 들 수 있다. 그를 위해서는 하부전극층의 두께를 얇게 할 필요가 있다. 한편, 하부전극층을 얇게 하면, 외부로부터 수분이 침입하기 쉬워질 우려가 있다. 도전성 페이스트 중의 유리 분말은 도전성 분말의 소결성을 향상시키고, 외부로부터의 수분의 침입을 억제할 수 있는, 즉 내습성이 높은 하부전극층을 얻기 위해 첨가된다.
유리 분말의 성분으로는 B 및 Si의 산화물을 망목 형성 산화물로 하고, 알칼리 금속 원소의 산화물 및 알칼리 토금속 원소의 산화물을 망목 수식 산화물로서 포함하는 붕규산계 유리 조성물이 사용되는 경우가 많다. 알칼리 토금속 원소의 산화물은 도전성 페이스트의 베이킹 시에 상기의 유리 조성물과 적층체의 반응을 억제하기 위해 첨가된다. 상기와 같은 붕규산계 유리 조성물이 사용된 유리 분말을 포함하는 도전성 페이스트의 일례로서, 국제공개공보 WO2017/057246(특허문헌 1)에 기재된 도전성 페이스트를 들 수 있다.
국제공개공보 WO2017/057246
한편, 붕규산계 유리 조성물에는 3배위의 B 및 4배위의 B가 포함된다. 알칼리 토금속 원소를 포함하는 붕규산계 유리 조성물 중의 B는 3배위를 취하기 쉽다. 이 3배위의 B가 증가하면, 도전성 페이스트의 베이킹에 의해 형성된 하부전극층의 내습성이 떨어질 우려가 있다. 그러나 특허문헌 1에는 붕규산계 유리 조성물 중의 3배위의 B와 4배위의 B의 비율, 및 그 비율과 내습성의 관계에 대해서는 전혀 언급되어 있지 않다.
본 개시의 목적은 B의 배위 수에 착안하여, 베이킹에 의해 내습성이 높은 하부전극층을 얻을 수 있는 도전성 페이스트, 및 그것을 이용하여 형성된 하부전극층을 포함하는 외부전극을 포함한 적층형 전자부품을 제공하는 것이다.
본 개시에 따른 도전성 페이스트는 Cu 및 Ni 중에서 선택되는 적어도 1종류의 원소를 포함하는 도전성 분말과, 유리 분말과, 유기 재료를 포함한다. 유리 분말은 붕규산계 유리 조성물을 포함한다. 그리고 붕규산계 유리 조성물에 포함되는 원소의 양을 몰%로 나타낸 경우, 4배위의 B의 양을 CB4로 하고, 3배위의 B의 양을 CB3으로 했을 때, CB4/(CB4+CB3)로 나타내지는 4배위의 B의 존재비(RB4)가 0.35≤RB4≤0.80을 충족시킨다.
본 개시에 따른 적층형 전자부품은 적층된 복수개의 유전체층과 복수개의 내부전극층을 포함하는 적층체와, 적층체의 외표면 상의 서로 다른 위치에 형성되면서 내부전극층에 전기적으로 접속되는 복수개의 외부전극을 포함한다. 외부전극은 Cu 및 Ni 중에서 선택되는 적어도 1종류의 원소를 포함하는 도전성 영역과, 붕규산 유리 조성물을 포함하는 유리 영역을 가지는 하부전극층을 포함한다. 그리고 붕규산계 유리 조성물에 포함되는 원소의 양을 몰%로 나타낸 경우, 4배위의 B의 양을 CB4로 하고, 3배위의 B의 양을 CB3으로 했을 때, CB4/(CB4+CB3)로 나타내지는 4배위의 B의 존재비(RB4)가 0.35≤RB4≤0.80을 충족시킨다.
본 개시에 따른 도전성 페이스트는 내습성이 높은 하부전극층을 얻을 수 있다. 또한, 본 개시에 따른 적층형 전자부품은 내습성이 높은 하부전극층을 포함하는 외부전극을 포함할 수 있다.
도 1은 본 개시에 따른 도전성 페이스트의 실시형태인 도전성 페이스트(1)의 모식도이다.
도 2는 붕규산계 유리 조성물의 B에 착안한 NMR 스펙트럼의 실측예이다.
도 3은 붕규산계 유리 조성물의 B에 착안한 NMR 스펙트럼의 시뮬레이션에 의해 신호 분리를 실시한 결과이다.
도 4는 본 개시에 따른 적층형 전자부품의 실시형태인 적층 세라믹 콘덴서(100)의 단면도이다.
도 5는 적층 세라믹 콘덴서(100)의 제1 외부전극(14a)의 제1 하부전극층(14a1)의 미세 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 B 중의 CB4가 기지(旣知)인 레퍼런스 재료에서 얻어진 주사형 투과 X선 현미경(Scanning Transmission X-ray Microscope: 이후, STXM으로 약칭하는 경우가 있음) 스펙트럼이다.
도 7은 B 중의 CB4가 기지인 레퍼런스 재료에서 얻어진 STXM 스펙트럼의 A/B비와 CB4의 관계를 나타내는 그래프이다.
본 개시의 특징으로 하는 바를 도면을 참조하면서 설명한다. 한편, 이하에 나타내는 적층형 전자부품의 실시형태에서는 동일한 또는 공통되는 부분에 대해 도면 중 동일한 부호를 붙이고, 그 설명은 반복하지 않는 경우가 있다.
-도전성 페이스트의 실시형태-
본 개시에 따른 도전성 페이스트의 실시형태를 나타내는 도전성 페이스트(1)에 대해, 도 1 내지 도 3을 이용하여 설명한다.
<도전성 페이스트의 구성>
도 1은 도전성 페이스트(1)의 모식도이다. 도전성 페이스트(1)는 도전성 분말(2)과 유리 분말(3)과 유기 재료(4)를 포함한다.
도전성 분말(2)은 Cu 및 Ni 중에서 선택되는 적어도 1종류의 원소를 포함한다. 즉, 도전성 분말(2)은 Cu 또는 Ni의 금속 단체(單體)뿐만 아니라, Cu합금 또는 Ni합금을 포함해도 된다.
또한, 도전성 분말(2)의 적어도 일부의 표면은 Ag, Sn 및 Al 중에서 선택되는 적어도 1종류의 원소를 포함하는 금속층에 의해 피복되어도 된다. 상기의 금속 원소는 Cu 및 Ni보다 융점이 낮다. 그 때문에, 상기의 구조를 가지는 도전성 분말(2)은 소결 온도를 저하시킬 수 있다.
더욱이, 도전성 분말(2)의 적어도 일부의 표면은 유기물층에 의해 피복되어도 된다. 이 경우, 예를 들면 유기물층의 존재에 의해 입체 장해 반발 또는 정전 반발 등의 효과가 얻어진다. 그 결과, 도전성 분말(2)이 미립이어도 도전성 페이스트(1) 중에서의 도전성 분말(2)의 응집을 억제할 수 있다.
그리고 도전성 분말(2)의 평균 입경은 1㎛ 이하인 것이 바람직하다. 도전성 분말(2)의 평균 입경은 도전성 분말(2)의 주사형 전자현미경(Scanning Electron Microscope: 이후, SEM으로 약칭하는 경우가 있음) 관찰상의 화상 해석으로부터 얻어진 등가원(等價圓)환산 직경의 메디안 지름으로 했다. 등가원 환산 직경의 메디안 지름이란, 입경에 대한 적산%의 분포 곡선에서, 적산%가 50%가 되는 입경(D50)을 말한다. 이 경우, 도전성 분말(2)은 소결 온도를 저하시킬 수 있다.
유리 분말(3)은 본 개시에 따른 유리 분말이다. 이 유리 분말(3)의 특징에 대해서는 후술한다. 한편, 도 1에서는 도전성 분말(2) 및 유리 분말(3)은 모식적으로 구형(球形)으로 그려졌는데, 각각의 분말의 형상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도전성 분말(2)은 편평 형상의 도전성 분말을 포함해도 된다. 유리 분말(3)도 부정 형상의 유리 분말을 포함해도 된다.
유기 재료(4)는 수지 및 유기 용제 등을 포함하는 바인더 성분, 그리고 분산제 및 리올로지 컨트롤제 등을 포함하는 첨가제를 포함한다. 이들 성분은 도전성 페이스트의 유기 재료로 통상 사용되는 재료 중에서 적절히 선택할 수 있다.
유리 분말(3)은 붕규산계 유리 조성물을 포함한다. 붕규산계 유리 조성물이란, B산화물 및 Si산화물을 망목 형성 산화물로서 포함하고, 알칼리 금속 원소 산화물 및 알칼리 토금속 원소 산화물 등을 수식 산화물로서 포함하는 유리 조성물이다. 수식 산화물은 상기 이외의, 예를 들면 전이금속 원소 산화물, Zn산화물, Al산화물 및 Bi산화물 등의 산화물을 포함해도 된다.
그리고 붕규산계 유리 조성물에 포함되는 원소의 양을 몰%로 나타낸 경우, 4배위의 B의 양을 CB4로 하고, 3배위의 B의 양을 CB3으로 했을 때, CB4/(CB4+CB3)로 나타내지는 4배위의 B의 존재비(RB4)가 0.35≤RB4≤0.80을 충족시킨다.
붕규산계 유리 조성물의 B 중에 포함되는 4배위의 B의 양(CB4) 및 3배위의 B의 양(CB3)의 측정은 핵 자기 공명(Nuclear Magnetic Resonance: 이후, NMR로 약칭하는 경우가 있음) 장치에 의해 실시된다.
NMR 스펙트럼의 측정 및 해석에 대해, 도 2 및 도 3을 이용하여 더 설명한다. 도 2는 붕규산계 유리 조성물의 B에 착안한 NMR 스펙트럼의 실측예이다. 측정 조건에 대해서는 후술한다. 도 3은 붕규산계 유리 조성물의 B에 착안한 NMR 스펙트럼에 대해, 시뮬레이션에 의해 신호 분리를 실시한 결과이다.
붕규산계 유리 조성물 중의 B가, 4배위의 B 및 3배위의 B를 포함한다고 하고, 4배위의 B의 양(CB4)과 3배위의 B의 양(CB3)의 비율을 변경함으로써, 각 비율에서의 NMR의 시뮬레이션 스펙트럼이 계산되었다(실선). 그리고 도 2에 나타내진 스펙트럼의 실측예와의 피팅을 실시하고, 일치율이 최대가 되는 비율을 구함으로써, 4배위의 B에서 유래하는 신호(일점쇄선)와 3배위의 B(점선)에서 유래하는 신호의 분리가 실시되었다.
여기서, 피팅은 화학 시프트의 -40ppm부터 50ppm의 범위에서 실시되었다. 4배위의 B의 양(CB4)과 3배위의 B의 양(CB3)의 비율은 백그라운드 신호를 뺀 각 신호의 면적 강도로부터 계산되었다.
예를 들면, 도 2에 나타내진 NMR 스펙트럼의 실측예와 도 3에 나타내진 B에서 유래하는 시뮬레이션 결과(실선)의 일치율은 화학 시프트가 -40ppm부터 50ppm의 범위에서 97% 이상이었다. 그리고 그 때의 4배위의 B의 양(CB4)은 38mol%이며, 3배위의 B의 양(CB3)은 62mol%이었다.
4배위의 B의 존재비(RB4)가 0.35 이상일 때, 유리 분말(3)에 포함되는 붕규산계 유리 조성물 중의 B의 안정성이 향상된다. 바꿔 말하면, 유리 망목 구조 내에서의 B와 O의 가교 구조가 안정된다. 따라서, 붕규산계 유리 조성물 중의 B의, 환경 중에 포함되는 수분에 의한 용출이 억제된다.
한편, 4배위의 B의 존재비(RB4)가 높을수록 상기의 효과는 크지만, RB4가 0.80을 초과하면, 유리 조성물로서의 안정성이 저하된다. 그 때문에, 4배위의 B의 존재비 RB4는 실질적으로 0.35≤RB4≤0.80이 된다.
본 개시에 따른 도전성 페이스트(1)는 상기의 특징을 가지는 유리 분말(3)을 포함하기 때문에, 도전성 페이스트(1)의 베이킹에 의해 얻어진 하부전극에서는 높은 내습성을 얻을 수 있다.
유리 분말(3)에 포함되는 붕규산계 유리 조성물은, 제1 원소(A) 및 제2 원소(AE)를 포함하고, 제1 원소(A)의 양을 CA로 하고, 제2 원소(AE)의 양을 CAE로 했을 때, CA+CAE가 11.7≤CA+CAE≤53.4를 충족시키는 것이 바람직하다. 여기서, 제1 원소(A)는 Li, Na 및 K 중에서 선택되는 적어도 1종류의 원소이며, 제2 원소(AE)는 Ba, Sr 및 Ca 중에서 선택되는 적어도 1종류의 원소이다. 이 경우, 4배위의 B의 존재비(RB4)의 조정을 용이하게 할 수 있다.
유리 분말(3)에 포함되는 붕규산계 유리 조성물은 상기의 CAE가 9.4≤CAE≤47.1을 충족시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 4배위의 B의 존재비(RB4)의 조정을 용이하게 할 수 있는 것에 더하여, 도전성 페이스트(1)의 베이킹에 의해 얻어진 하부전극을 포함하는 적층 세라믹 콘덴서의 휨 강도를 향상시킬 수 있다.
-적층형 전자부품의 실시형태-
본 개시에 따른 적층형 전자부품의 실시형태를 나타내는 적층 세라믹 콘덴서(100)에 대해, 도 4 및 도 5을 이용하여 설명한다.
도 4는 적층 세라믹 콘덴서(100)의 단면도이다. 적층 세라믹 콘덴서(100)는 적층체(10)를 포함한다. 적층체(10)는 적층된 복수개의 유전체층(11)과 복수개의 내부전극층(12)을 포함한다. 복수개의 유전체층(11)은 외층부와 내층부를 가진다. 외층부는, 적층체(10)의 제1 주면(主面)과 제1 주면에 가장 가까운 내부전극층(12) 사이, 및 제2 주면과 제2 주면에 가장 가까운 내부전극층(12) 사이에 배치된다. 내층부는 그들 2개의 외층부에 끼인 영역에 배치된다.
복수개의 내부전극층(12)은 제1 내부전극층(12a)과 제2 내부전극층(12b)을 가진다. 적층체(10)는 적층방향으로 마주 보는 제1 주면 및 제2 주면과, 적층방향에 직교하는 폭방향으로 마주 보는 제1 측면 및 제2 측면과, 적층방향 및 폭방향에 직교하는 길이방향으로 마주 보는 제1 단면(端面)(13a) 및 제2 단면(13b)을 가진다.
유전체층(11)은 예를 들면 BaTiO3계의 페로브스카이트형 화합물을 포함하는 복수개의 결정립을 가진다. 상기의 유전체 재료로는 예를 들면 BaTiO3계의 페로브스카이트형 화합물의 결정 격자 중의 Ba2+의 일부가 희토류 원소의 이온인 Re3+에 의해 치환된 것을 들 수 있다. 또한, BaTiO3계의 페로브스카이트형 화합물로는 BaTiO3, 그리고 BaTiO3의 Ba2+ 및 Ti4+ 중 적어도 한쪽이 Ca2+ 및 Zr4+ 등의 다른 이온에 의해 치환된 것 등을 들 수 있다.
제1 내부전극층(12a)은 유전체층(11)을 사이에 두고 제2 내부전극층(12b)과 서로 대향하는 대향 전극부와, 대향 전극부로부터 적층체(10)의 제1 단면(13a)까지의 인출 전극부를 포함한다. 제2 내부전극층(12b)은, 유전체층(11)을 사이에 두고 제1 내부전극층(12a)과 서로 대향하는 대향 전극부와, 대향 전극부로부터 적층체(10)의 제2 단면(13b)까지의 인출 전극부를 포함한다.
제1 내부전극층(12a)과 제2 내부전극층(12b)이 유전체층(11)을 사이에 두고 서로 대향함으로써, 하나의 콘덴서가 형성된다. 적층 세라믹 콘덴서(100)는 복수개의 콘덴서가 후술할 제1 외부전극(14a) 및 제2 외부전극(14b)을 통해 병렬 접속된 것이라고 할 수 있다.
내부전극층(12)을 구성하는 도전성 재료로는 Ni, Cu, Ag 및 Pd 등에서 선택되는 적어도 일종의 금속 또는 상기 금속을 포함하는 합금을 사용할 수 있다. 내부전극층(12)은 후술하는 바와 같이 공재(共材)(도시하지 않음)라고 불리는 유전체 입자를 더 포함해도 된다. 공재는 내부전극층(12)의 형성에 사용되는 내부전극층용 페이스트에 첨가된 것이며, 적층체(10)의 소성 시에 유전체층(11) 측으로 배출되지만, 그 일부가 내부전극층(12)에 잔류하는 경우가 있다. 공재는 적층체(10)의 소성 시에, 내부전극층(12)의 소결 수축 특성을 유전체층(11)의 소결 수축 특성에 가깝게 하기 위해 첨가되는 것이다.
적층 세라믹 콘덴서(100)는 제1 외부전극(14a)과 제2 외부전극(14b)을 추가로 포함한다. 제1 외부전극(14a)은 제1 내부전극층(12a)과 전기적으로 접속되도록 적층체(10)의 제1 단면(13a)에 형성되고, 제1 단면(13a)으로부터 제1 주면 및 제2 주면 그리고 제1 측면 및 제2 측면으로 연장된다. 제2 외부전극(14b)은 제2 내부전극층(12b)과 전기적으로 접속되도록 적층체(10)의 제2 단면(13b)에 형성되고, 제2 단면(13b)으로부터 제1 주면 및 제2 주면 그리고 제1 측면 및 제2 측면으로 연장된다.
제1 외부전극(14a)은 제1 하부전극층(14a1)과 제1 하부전극층(14a1) 상에 배치된 제1 도금층(14a2)을 가진다. 제1 하부전극층(14a1)은 Cu 및 Ni 중에서 선택되는 적어도 1종류의 원소를 포함하는 도전성 영역(15a1)과, 붕규산계 유리 조성물을 포함하는 유리 영역(16a1)을 가지는 소결체층(후술)을 가진다. 제1 하부전극층(14a1)은 본 개시에 따른 도전성 페이스트(1)의 베이킹에 의해 형성되어도 된다.
마찬가지로, 제2 외부전극(14b)은 제2 하부전극층(14b1)과 제2 하부전극층(14b1) 상에 배치된 제2 도금층(14b2)을 가진다. 제2 하부전극층(14b1)은, Cu 및 Ni 중에서 선택되는 적어도 1종류의 원소를 포함하는 도전성 영역과, 붕규산계 유리 조성물을 포함하는 유리 영역을 가지는 소결체층을 가진다(제2 하부전극층(14b1)의 미세 구조는 도시하지 않음). 제2 하부전극층(14b1)도 본 개시에 따른 도전성 페이스트(1)의 베이킹에 의해 형성되어도 된다.
도 5는 제1 하부전극층(14a1)의 미세 구조를 설명하기 위한 단면도이다. 제2 하부전극층(14b1)은 제1 하부전극층(14a1)과 동일한 구조를 가지기 때문에, 이후의 설명을 생략한다.
제1 하부전극층(14a1)이 가지는 소결체층은, 상기한 바와 같이 도전성 영역(15a1)과 유리 영역(16a1)을 포함한다. 제1 하부전극층(14a1)이 본 개시에 따른 도전성 페이스트(1)의 베이킹에 의해 형성된 경우, 도전성 영역(15a1)은 도전성 페이스트(1)가 포함하는 도전성 분말(2)이 소결된 금속 소결체를 포함한다. 마찬가지로, 유리 영역(16a1)은 유리 분말(3)에서 유래하는 유리 성분, 즉 붕규산계 유리 조성물을 포함한다. 한편, 소결체층은 다른 성분으로 복수층 형성되어도 된다.
제1 하부전극층(14a1) 상에 배치된 제1 도금층(14a2)을 구성하는 금속으로는, Ni, Cu, Ag, Au 및 Sn 등에서 선택되는 적어도 일종 또는 상기 금속을 포함하는 합금을 사용할 수 있다. 상기 도금층은 다른 성분으로 복수층 형성되어도 된다. 바람직하게는, Ni도금층 및 Sn도금층의 2층이다.
Ni도금층은 하부전극층 상에 배치되고, 적층형 전자부품을 실장할 때에 하부전극층이 솔더에 의해 침식되는 것을 방지할 수 있다. Sn도금층은 Ni도금층 상에 배치된다. Sn도금층은 Sn을 포함하는 솔더와의 젖음성이 좋기 때문에, 적층형 전자부품을 실장할 때에 실장성을 향상시킬 수 있다. 한편, 이들 도금층은 필수는 아니다.
그리고 유리 영역(16a1)에서의 붕규산계 유리 조성물에 포함되는 원소의 양을 몰%로 나타낸 경우, 4배위의 B의 양을 CB4로 하고, 3배위의 B의 양을 CB3으로 했을 때, CB4/(CB4+CB3)로 나타내지는 4배위의 B의 존재비(RB4)가 0.35≤RB4≤0.80을 충족시킨다. 상술한 바와 같이, 제2 하부전극층(14b1)에서의 유리 영역도 동일한 특징을 가진다.
붕규산계 유리 조성물의 B 중에 포함되는 4배위의 B의 양(CB4) 및 3배위의 B의 양(CB3)의 측정은 주사형 투과 X선 현미경(STXM)에 의해 실시된다. STXM은, 박편화(薄片化)된 시료를 움직이게 함으로써, 가늘게 조여진 X선빔이 시료 상에서 상대적으로 스캔되었을 때의 투과 신호를 검출하는 장치이다. 투과 신호란, 통상 투과 X선 강도를 가리킨다. 여기서, 투과 X선 강도와 입사 X선 강도의 비를 취하면, 용이하게 흡수 강도를 얻을 수 있다. 즉, 측정 에너지 범위와 에너지 스텝 조건에 기초하여 각각의 에너지의 강도가 계측된 복수개의 2차원 흡수상을 얻어, 그들을 겹침으로써 STXM 스펙트럼이 얻어진다.
예를 들면, 측정 개시 에너지(EA)(eV)로부터 측정 종료 에너지(EB)(eV)까지의 측정 에너지 범위는 설정된 에너지 스텝 폭(eV)에 의해 C개의 에너지 스텝으로 구분된다. 그리고 각각의 에너지 스텝에서 흡수 강도를 측정함으로써, C개의 2차원 흡수상이 얻어진다. 한편, 에너지 스텝 폭은 측정 에너지 범위 내에서 변경되어도 된다. 얻어진 C개의 흡수 화상을 겹침으로써, STXM 스펙트럼이 얻어진다. 이 STXM 스펙트럼을 해석함으로써, 시료의 화학결합 상태에 관한 정보를 얻을 수 있다.
STXM 스펙트럼의 측정 및 해석에 대해, 도 6 및 도 7을 이용하여 더 설명한다. 도 6은 붕규산계 유리 조성물에서의 B 중의 CB4가 기지인 레퍼런스 재료에서 얻어진 STXM 스펙트럼이다. 측정 조건에 대해서는 후술한다.
STXM에서는 광원(X선원)에 방사 광이 이용되므로, 입사 X선의 광자 에너지(파장)를 용이하게 변화시킬 수 있다. 시료를 구성하는 원소의 내핵전자의 이온화 에너지의 근방에서 입사 X선의 광자 에너지를 변화시키면, 어느 역치(threshold value) 이상으로 X선의 흡수가 증대된다. 이 역치가 이른바 흡수단이다. 더욱이, 이 흡수단의 근방에서 X선의 흡수 강도를 상세하게 보면, 착안 원소의 화학결합 상태에 따라, 흡수 스펙트럼에 고유한 구조가 나타난다. 이 고유의 구조를 X선 흡수 미세 구조(X-ray Absorption Fine Structure: 이후, XAFS로 약칭하는 경우가 있음)라고 한다.
본 개시에서는 각 시료에서 얻어진 XAFS가 나타나 있는 스펙트럼이 STXM 스펙트럼이라고 호칭된다. STXM은 이 STXM 스펙트럼이 착안 원소의 화학결합 상태에 따라 변화되는 것을 이용하여, 미소부에서의 화학상태를 해명하기 위해 이용된다.
B의 K흡수단의 STXM 스펙트럼은 피크 분리를 실시함으로써, B-O배위 구조의 π*결합 및 σ*결합에 의한 피크를 포함하는 것을 알 수 있다. 도 6의 STXM 스펙트럼은 194eV 근방의 Energy A로 기재된 첨탑형상의 π*피크와, 198eV 근방의 Energy B 및 203eV 근방의 Energy C로 기재된 브로드(broad)한 σ*피크를 포함한다. 한편, 도 6의 STXM 스펙트럼은 그들 이외의 브로드한 피크도 포함하지만, 이하의 해석은 π*피크가 3배위(sp2 구조: BO3)의 B에서 유래하고, σ*피크가 4배위(sp3 구조: BO4)의 B에서 유래하는 것으로 하여 실시되었다.
여기서, 도 6에 나타내진 3종류의 STXM 스펙트럼에서, Energy A의 피크 강도의, Energy B의 피크 강도에 대한 비인 A/B비와 CB4 사이에는 1차 상관관계가 있는 것을 알 수 있었다.
도 7은 B 중의 CB4가 기지인 3종류의 레퍼런스 재료에서 얻어진 STXM 스펙트럼의 A/B비와 CB4의 관계를 나타내는 그래프이다. 즉, 이 그래프를 검량선으로서 이용함으로써, 붕규산계 유리 조성물의 STXM 스펙트럼에서의 A/B비로부터, CB4 및 CB3의 값을 산출할 수 있다. 그리고 CB4/(CB4+CB3)로 나타내지는 4배위의 B의 존재비(RB4)를 산출할 수 있다.
4배위의 B의 존재비(RB4)가 0.35 이상일 때, 유리 영역에서의 붕규산계 유리 조성물 중의 B의 안정성이 향상된다. 바꿔 말하면, 유리 망목 구조 내에서의 B와 O의 가교 구조가 안정된다. 따라서, 붕규산계 유리 조성물 중의 B의, 환경 중에 포함되는 수분에 의한 용출이 억제된다.
한편, 4배위의 B의 존재비(RB4)가 높을수록 상기의 효과는 크지만, RB4가 0.80을 초과하면, 유리 조성물로서의 안정성이 저하된다. 그 때문에, 4배위의 B의 존재비(RB4)는 실질적으로 0.35≤RB4≤0.80이 된다.
본 개시에 따른 적층 세라믹 콘덴서(100)는 상기의 특징을 가지는 유리 영역을 가짐으로써 내습성이 높은 하부전극층을 포함하는 외부전극을 포함할 수 있다.
유리 영역에 포함되는 붕규산계 유리 조성물은 제1 원소(A) 및 제2 원소(AE)를 포함하고, 제1 원소(A)의 양을 CA로 하고, 제2 원소(AE)의 양을 CAE로 했을 때, CA+CAE가 11.7≤CA+CAE≤53.4를 충족시키는 것이 바람직하다. 여기서, 제1 원소(A)는 Li, Na 및 K 중에서 선택되는 적어도 1종류의 원소이며, 제2 원소(AE)는 Ba, Sr 및 Ca 중에서 선택되는 적어도 1종류의 원소이다. 이 경우, 4배위의 B의 존재비(RB4)의 조정을 용이하게 할 수 있다.
유리 영역에 포함되는 붕규산계 유리 조성물은 상기의 CAE가 9.4≤CAE≤47.1을 충족시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 4배위의 B의 존재비(RB4)의 조정을 용이하게 할 수 있는 것에 더하여, 도전성 페이스트(1)의 베이킹에 의해 얻어진 하부전극을 포함하는 적층 세라믹 콘덴서의 휨 강도를 향상시킬 수 있다.
-실험예-
본 개시에 따른 도전성 페이스트 및 적층형 전자부품은 이하의 실험예에 기초하여 보다 구체적으로 설명된다. 이들 실험예는 본 개시에 따른 도전성 페이스트 및 적층형 전자부품의 조건, 또는 보다 바람직한 조건을 규정하는 근거를 주기 위한 것이기도 하다. 실험예에서는 시료번호 1부터 시료번호 17의 유리 분말이 제작되고, 유리 분말에 포함되는 붕규산계 유리 조성물 중의 B에서의 4배위의 B의 존재비가 NMR에 의해 평가되었다.
또한, 시료번호 1부터 시료번호 17의 유리 분말과, SEM 관찰 화상의 화상 해석으로부터 확인된 평균 입경 0.5㎛의 Cu분말과 유기 재료를 사용하여 도전성 페이스트가 제작되고, 그들을 사용하여 외부전극의 하부전극층이 형성된, 도 4에 나타내는 바와 같은 적층 세라믹 콘덴서가 제작되었다. 한편, 적층 세라믹 콘덴서의 적층체에서의 유전체층은, BaTiO3계의 페로브스카이트형 화합물을 포함하는 유전체 재료에 의해 형성되고, 내부전극층은 Ni에 의해 형성된다.
이들 적층 세라믹 콘덴서를 이용하여, 하부전극층이 가지는 유리 영역에 포함되는 붕규산계 유리 조성물 중의 B에서의 4배위의 B의 존재비가 STXM에 의해 평가되었다. 더욱이, 상기와 같이 하여 제작된 적층 세라믹 콘덴서의 내습성이 고온 고습 바이어스 시험(Pressure Cooker Bias Test: 이후, PCBT로 약칭하는 경우가 있음)에 의해 평가되었다. 또한, 상기와 같이 하여 제작된 적층 세라믹 콘덴서의 휨 강도가 JIS 규격에 기초한 휨 시험 방법에 기초하여 평가되었다.
시료번호 1부터 시료번호 20의 유리 분말에 포함되는 붕규산계 유리 조성물 중의 B에서의 4배위의 B의 존재비의 NMR에 의한 평가는, 표 1에 나타내진 조건에 의해 실시되었다.
Figure pat00001
시료번호 1부터 시료번호 20의 유리 분말을 포함하는 도전성 페이스트의 베이킹에 의해 형성된 하부전극층이 가지는 유리 영역에 포함되는 붕규산계 유리 조성물 중의 B에서의 4배위의 B의 존재비의 STXM에 의한 평가는 표 2에 나타내진 조건에 의해 실시되었다.
Figure pat00002
시료번호 1부터 시료번호 20의 유리 분말을 포함하는 도전성 페이스트의 베이킹에 의해 형성된 하부전극층을 가지는 적층 세라믹 콘덴서의 내습성의 평가는 표 3에 나타내진 조건에 의해 실시되었다.
Figure pat00003
시료번호 1부터 시료번호 20의 유리 분말을 포함하는 도전성 페이스트의 베이킹에 의해 형성된 하부전극층을 가지는 적층 세라믹 콘덴서의 휨 강도의 평가는 표 4에 나타내진 조건에 의해 실시되었다.
Figure pat00004
유리 분말 중에서의 4배위의 B의 존재비의 NMR에 의한 평가 결과, 하부전극층의 유리 영역 중에서의 4배위의 B의 존재비의 STXM에 의한 평가 결과, 및 적층 세라믹 콘덴서의 내습성의 평가 결과는 표 5에 정리하여 나타냈다. 표 5에서 시료번호에 *를 붙인 것은 본 개시에 따른 도전성 페이스트를 규정하는 조건에서 벗어난 시료이다.
Figure pat00005
또한, 내습성의 평가 결과에서 불량으로 판정된 시료를 제외한 적층 세라믹 콘덴서의 휨 강도의 평가 결과는 유리 분말 중 및 하부전극층의 유리 영역 중에서의 4배위의 B의 존재비의 평가 결과와 함께, 표 6에 정리하여 나타냈다.
Figure pat00006
한편, 표 5 및 표 6에서의 유리 분말 중에서의 4배위의 B의 존재비의 NMR에 의한 평가 결과, 하부전극층의 유리 영역 중에서의 4배위의 B의 존재비의 STXM에 의한 평가 결과는 3개의 시료 각각에서 얻어진 측정 결과의 평균값이다. 즉, 본 개시에서의 4배위의 B의 특징적인 수치범위는 복수개의 측정 결과의 평균값으로부터 규정된 것이다. 바꿔 말하면, 본 개시에서의 수치범위 내인지 여부는, 비교 대상에서 얻어진 복수개의 측정 결과의 평균값과, 본 개시에서의 수치범위를 비교함으로써 판단된다.
유리 분말 중의 4배위의 B의 존재비의 NMR에 의한 평가 결과와, 그 유리 분말이 사용된 도전성 페이스트의 베이킹에 의해 형성된 하부전극층이 가지는 유리 영역 중의 4배위의 B의 존재비의 NMR에 의한 평가 결과는 일치하는 것이 확인되었다. 즉, 도전성 페이스트의 베이킹 시에, 붕규산계 유리 조성물 중의 B의 양 및 화학결합 상태는 본질적으로 변화하지 않는다. 바꿔 말하면, 적층 세라믹 콘덴서의 상태에서의 하부전극층이 가지는 유리 영역 중의 4배위의 B의 존재비는 도전성 페이스트가 포함하는 유리 분말 중의 4배위의 B의 존재비에 의해 추정할 수 있다.
표 5에 나타내지는 바와 같이, 본 개시에 따른 도전성 페이스트를 규정하는 조건을 충족시키는 적층 세라믹 콘덴서의 각 시료에서는 내습성이 양호한 것이 확인되었다. 또한, 표 6에 나타내지는 바와 같이, 상기의 각 시료에서는 휨 강도도 양호한 것이 확인되었다.
본 명세서에 개시된 실시형태는 예시적인 것이며, 본 개시에 따른 발명은 상기의 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 즉, 본 개시에 따른 발명의 범위는 특허청구범위에 의해 나타내지고, 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다. 또한, 상기의 범위 내에서, 다양한 응용, 변형을 가할 수 있다.
예를 들면, 적층체를 구성하는 유전체층 및 내부전극층의 층수, 유전체층 및 내부전극층의 재질 등에 관해, 본 발명의 범위 내에서 다양한 응용, 변형을 가할 수 있다. 또한, 적층형 전자부품으로서 적층 세라믹 콘덴서를 예시했는데, 본 개시에 따른 발명은 그에 한정되지 않고, 다층 기판의 내부에 형성된 콘덴서 요소 등에도 적용할 수 있다.
더욱이, 외부전극의 수 및 위치는 본 명세서에 개시된 실시형태에 한정되지 않는다. 즉, 외부전극은 적층체의 외표면 상의 서로 다른 위치에 복수개 형성되면서 내부전극층에 전기적으로 접속되는 것이면 된다.
1: 도전성 페이스트
2: 도전성 분말
3: 유리 분말
4: 유기 재료
100: 적층 세라믹 콘덴서
10: 적층체
11: 유전체층
12: 내부전극층
13a: 제1 단면
13b: 제2 단면
14a: 제1 외부전극
14a1: 제1 하부전극층
14a2: 제1 도금층
14b: 제2 외부전극
14b1: 제2 하부전극층
14b2: 제2 도금층
15a1: 도전성 영역
16a1: 유리 영역
A: 제1 원소
AE: 제2 원소

Claims (9)

  1. Cu 및 Ni 중에서 선택되는 적어도 1종류의 원소를 포함하는 도전성 분말과, 유리 분말과, 유기 재료를 포함하고,
    상기 유리 분말은 붕규산계 유리 조성물을 포함하며,
    상기 붕규산계 유리 조성물에 포함되는 원소의 양을 몰%로 나타낸 경우, 4배위의 B의 양을 CB4로 하고, 3배위의 B의 양을 CB3으로 했을 때, CB4/(CB4+CB3)로 나타내지는 4배위의 B의 존재비(RB4)가 0.35≤RB4≤0.80을 충족시키는, 도전성 페이스트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 붕규산계 유리 조성물은 Li, Na 및 K 중에서 선택되는 적어도 1종류의 제1 원소(A), 및 Ba, Sr 및 Ca 중에서 선택되는 적어도 1종류의 제2 원소(AE)를 포함하고,
    상기 제1 원소(A)의 양을 CA로 하고, 상기 제2 원소(AE)의 양을 CAE로 했을 때, CA+CAE가 11.7≤CA+CAE≤53.4를 충족시키는, 도전성 페이스트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 CAE가 9.4≤CAE≤47.1을 충족시키는, 도전성 페이스트.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도전성 분말의 적어도 일부의 표면이 Ag, Sn 및 Al 중에서 선택되는 적어도 1종류의 원소를 포함하는 금속층에 의해 피복되는, 도전성 페이스트.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도전성 분말의 적어도 일부의 표면이 유기물층에 의해 피복되는, 도전성 페이스트.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도전성 분말의 평균 입경이 1㎛ 이하인, 도전성 페이스트.
  7. 적층된 복수개의 유전체층과 복수개의 내부전극층을 포함하는 적층체와, 상기 적층체의 외표면 상의 서로 다른 위치에 형성되면서 상기 내부전극층에 전기적으로 접속되는 복수개의 외부전극을 포함하고,
    상기 외부전극은 Cu 및 Ni 중에서 선택되는 적어도 1종류의 원소를 포함하는 도전성 영역과, 붕규산계 유리 조성물을 포함하는 유리 영역을 가지는 하부전극층을 포함하며,
    상기 붕규산계 유리 조성물에 포함되는 원소의 양을 몰%로 나타낸 경우, 4배위의 B의 양을 CB4로 하고, 3배위의 B의 양을 CB3으로 했을 때, CB4/(CB4+CB3)로 나타내지는 4배위의 B의 존재비(RB4)가 0.35≤RB4≤0.80을 충족시키는, 적층형 전자부품.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 붕규산계 유리 조성물은 Li, Na 및 K 중에서 선택되는 적어도 1종류의 제1 원소(A), 및 Ba, Sr 및 Ca 중에서 선택되는 적어도 1종류의 제2 원소(AE)를 포함하고,
    상기 제1 원소(A)의 양을 CA로 하고, 상기 제2 원소(AE)의 양을 CAE로 했을 때, CA+CAE가 11.7≤CA+CAE≤53.4를 충족시키는, 적층형 전자부품.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 CAE가 9.4≤CAE≤47.1을 충족시키는, 적층형 전자부품.
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