KR20210054453A - 적층 세라믹 콘덴서 - Google Patents

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Abstract

박층화하는 것이 가능한 유전체층을 포함한 적층 세라믹 콘덴서를 제공한다. 적층 세라믹 콘덴서는 적층된 복수개의 유전체층과 복수개의 내부전극을 포함하고, 적층방향에서 마주보는 제1 주면 및 제2 주면과, 적층방향과 직교하는 폭방향에서 마주보는 제1 측면 및 제2 측면과, 적층방향 및 폭방향과 직교하는 길이방향에서 마주보는 제1 단면 및 제2 단면을 가지는 세라믹 소체와, 내부전극과 전기적으로 접속되고, 세라믹 소체의 제1 단면 및 제2 단면에 각각 마련된 외부전극을 포함한다. 유전체층은 Ca, Zr, Ti, 및 희토류 원소를 포함하는 복수개의 유전체 입자와, 복수개의 유전체 입자의 사이에 존재하는 P를 포함하고, 희토류 원소의 적어도 일부는 유전체 입자 내에 고용된다.

Description

적층 세라믹 콘덴서{MULTILAYER CERAMIC CAPACITOR}
본 발명은 적층 세라믹 콘덴서에 관한 것이다.
종래, 적층된 복수개의 유전체층과 복수개의 내부전극을 포함하고, 적층방향에서 마주보는 한 쌍의 주면(主面)과, 적층방향과 직교하는 폭방향에서 마주보는 한 쌍의 측면과, 적층방향 및 폭방향과 직교하는 길이방향에서 마주보는 한 쌍의 단면(端面)을 가지는 세라믹 소체와, 내부전극과 전기적으로 접속되며, 세라믹 소체의 한 쌍의 단면에 각각 마련된 외부전극을 포함하는 적층 세라믹 콘덴서가 알려져 있다.
일본 공개특허공보 특개2017-178686호에는, 그와 같은 구조를 가지는 적층 세라믹 콘덴서의 일례로서, 높은 전계 강도 하에서도 양호한 IR 특성 및 양호한 고온 부하 수명을 가진다고 설명된 적층 세라믹 콘덴서가 기재되어 있다.
여기서, 적층 세라믹 콘덴서는 최근 소형화가 진행되고 있고, 그에 따라 유전체층을 형성하기 위해 사용되는 유전체 분말도 미소화가 요구되어 오고 있다.
그러나 유전체 분말은 그 제조 과정에서 가해지는 열에 의해 입성장(粒成長)해 버려서, 추가적인 미소화가 어렵다. 그 때문에, 적층 세라믹 콘덴서의 유전체층의 박층화가 어려워진다.
본 발명은 상기 과제를 해결하는 것이며, 박층화하는 것이 가능한 유전체층을 포함한 적층 세라믹 콘덴서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 적층 세라믹 콘덴서는,
적층된 복수개의 유전체층과 복수개의 내부전극을 포함하며 적층방향에서 마주보는 제1 주면 및 제2 주면과, 상기 적층방향과 직교하는 폭방향에서 마주보는 제1 측면 및 제2 측면과, 상기 적층방향 및 상기 폭방향과 직교하는 길이방향에서 마주보는 제1 단면 및 제2 단면을 가지는 세라믹 소체와,
상기 내부전극과 전기적으로 접속되며 상기 세라믹 소체의 상기 제1 단면 및 상기 제2 단면에 각각 마련된 외부전극을 포함하고,
상기 유전체층은 Ca, Zr, Ti, 및 희토류 원소를 포함하는 복수개의 유전체 입자와, 복수개의 상기 유전체 입자 사이에 존재하는 P를 포함하며,
상기 희토류 원소의 적어도 일부는 상기 유전체 입자 내에 고용(固溶)되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 적층 세라믹 콘덴서에 따르면, 제조 공정에 포함되는 가열 공정에서 유전체 입자의 입성장을 억제할 수 있고, 유전체층을 박층화할 수 있다. 따라서, 동일한 사이즈에서 유전체층을 다층화할 수 있고, 용량을 크게 할 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 국면 및 이점은 첨부한 도면과 관련되어서 이해되는 본 발명에 관한 다음의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.
도 1은 한 실시형태에서의 적층 세라믹 콘덴서의 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 적층 세라믹 콘덴서의 II-II선을 따른 단면도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 적층 세라믹 콘덴서의 III-III선을 따른 단면도이다.
이하에 본 발명의 실시형태를 나타내어, 본 발명의 특징을 구체적으로 설명한다.
도 1은 한 실시형태에서의 적층 세라믹 콘덴서(10)의 사시도이다. 도 2는 도 1에 나타내는 적층 세라믹 콘덴서(10)의 II-II선을 따른 단면도이다. 도 3은 도 1에 나타내는 적층 세라믹 콘덴서(10)의 III-III선을 따른 단면도이다.
도 1~도 3에 나타내는 바와 같이, 적층 세라믹 콘덴서(10)는 전체적으로 직방체 형상을 가지는 전자부품이며, 세라믹 소체(11)와 한 쌍의 외부전극(14a, 14b)을 가진다. 한 쌍의 외부전극(14a, 14b)은 도 1에 나타내는 바와 같이, 대향하도록 배치된다.
여기서는, 한 쌍의 외부전극(14a, 14b)이 대향하는 방향을 적층 세라믹 콘덴서(10)의 길이방향(L)으로 정의하고, 후술할 유전체층(12)과 내부전극(13a, 13b)이 적층되는 방향을 적층방향(T)으로 정의하며, 길이방향(L) 및 적층방향(T) 중 어느 방향에나 직교하는 방향을 폭방향(W)으로 정의한다. 길이방향(L), 적층방향(T), 및 폭방향(W) 중 임의의 2개의 방향은 서로 직교하는 방향이다.
세라믹 소체(11)는 길이방향(L)으로 마주보는 제1 단면(15a) 및 제2 단면(15b)과, 적층방향(T)으로 마주보는 제1 주면(16a) 및 제2 주면(16b)과, 폭방향(W)으로 마주보는 제1 측면(17a) 및 제2 측면(17b)을 가진다.
세라믹 소체(11)는 모서리부 및 능선부가 라운드형으로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 모서리부는 세라믹 소체(11)의 3면이 교차하는 부분이며, 능선부는 세라믹 소체(11)의 2면이 교차하는 부분이다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 세라믹 소체(11)는 적층된 복수개의 유전체층(12)과 복수개의 내부전극(13a, 13b)을 포함한다. 내부전극(13a, 13b)에는 제1 내부전극(13a)과 제2 내부전극(13b)이 포함된다. 보다 상세하게는, 세라믹 소체(11)는 제1 내부전극(13a)과 제2 내부전극(13b)이 적층방향(T)에서 유전체층(12)을 사이에 두고 교대로 복수개 적층된 구조를 가진다.
유전체층(12)은 도 3에 나타내는 바와 같이, 적층방향(T)의 가장 외측에 위치하는 내부전극(13a, 13b)보다도 적층방향(T)의 외측에 위치하는 외층 유전체층(121)과, 적층방향(T)으로 서로 이웃하는 2개의 내부전극(13a, 13b)의 사이에 위치하는 내층 유전체층(122)과, 세라믹 소체(11)를 적층방향(T)으로 보았을 때에 내부전극(13a, 13b)이 존재하지 않는 영역인 마진부(123)를 포함한다.
보다 상세하게 설명하면, 외층 유전체층(121)은 적층방향(T)의 가장 외측에 위치하는 내부전극(13a, 13b)과, 세라믹 소체(11)의 제1 주면(16a) 및 제2 주면(16b) 사이에 위치하는 층이다. 또한, 내층 유전체층(122)은 적층방향(T)으로 서로 이웃하는 제1 내부전극(13a)과 제2 내부전극(13b) 사이에 위치하는 층이다. 마진부(123)는 외층 유전체층(121) 및 내층 유전체층(122)보다도 폭방향(W)의 외측에 위치하는 부분이다.
한편, 적층 세라믹 콘덴서(10)의 제조 공정에서, 마진부(123)는 내층 유전체층(122)과 일체적으로 형성해도 되고, 내층 유전체층(122)과는 따로 형성해도 된다. 내층 유전체층(122)과는 따로 마진부(123)를 형성하는 경우, 예를 들면, 내부전극 패턴이 형성된 세라믹 그린시트를 적층한 후, 폭방향(W)의 외측에 세라믹 그린시트를 붙여서 소성함으로써, 마진부(123)를 형성할 수 있다. 이 경우, 외층 유전체층(121), 내부전극(13a, 13b), 및 내층 유전체층(122)을 포함하는 적층체와 마진부(123) 사이에는 물리적인 경계가 존재한다.
유전체층(12)은 Ca, Zr, Ti, 및 희토류 원소를 포함하는 복수개의 유전체 입자와 복수개의 유전체 입자의 사이에 존재하는 P를 포함하고, 희토류 원소의 적어도 일부는 유전체 입자 내에 고용된다. P는 적어도 3개의 유전체 입자의 입계(粒界) 3중점 및 입계에 존재한다.
한편, 적어도 입계 3중점 및 입계에 P가 존재한다는 것은, 복수개 존재하는 입계 3중점 중 적어도 하나, 및 복수개 존재하는 입계 중 적어도 하나에 P가 존재하는 것을 의미한다. 입계 3중점 및 입계에 P가 존재하는지 여부는 파장분산형 X선 분석장치(WDX) 또는 투과 전자현미경(TEM)을 이용하여 확인할 수 있다. 특히, 투과 전자현미경으로는 50㎚ 정도까지 박편화 처리함으로써 P의 검출이 가능하다.
본 실시형태에서의 적층 세라믹 콘덴서(10)에서는, 유전체층(12)에 P가 포함되어 있으므로, 제조 공정에 포함되는 가열 공정에서 유전체 입자의 입성장을 억제할 수 있다. 이로써, 유전체층(12)을 박층화할 수 있으므로, 동일한 사이즈에서 유전체층(12)을 다층화할 수 있고, 콘덴서의 용량을 크게 할 수 있다.
또한, 유전체층(12)에 포함되는 유전체 입자 내에 희토류 원소의 적어도 일부가 고용됨으로써, 유전체층(12)을 박층화한 경우여도 적층 세라믹 콘덴서(10)의 절연 저항의 저하를 억제할 수 있고, 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 한편, 유전체 입자에 희토류 원소의 적어도 일부가 고용된 본 실시형태의 적층 세라믹 콘덴서(10)는, 유전체 입자에 희토류 원소가 고용되지 않은 적층 세라믹 콘덴서와 비교하여 고온가열 시의 IR 특성이 열화되기 어려운 것을 실험에 의해 확인하였다.
희토류 원소는 La, Ce, Pr, Pm, Sm, Eu, Tb, Gd, Nd, Dy, Ho, 및 Y 중 적어도 하나인 것이 바람직하다. 이 중 La는 이온 반경이 크고, 본 유전체 입자에 고용되기 쉬우므로, 유전체 입자에 포함되는 희토류 원소로서 La를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
유전체층(12)에는 Zr 100몰부에 대하여,
Ca가 70몰부 이상 107몰부 이하 포함되고,
Sr이 0몰부 이상 26몰부 이하 포함되며,
희토류 원소가 0.1몰부 이상 5몰부 이하 포함되고,
Ti가 0.1몰부 이상 6몰부 이하 포함되며,
Hf가 1몰부 이상 3몰부 이하 포함되고,
P가 0.001몰부 이상 11몰부 이하 포함되는 것이 바람직하다. 유전체층(12)에 포함되는 각 원소의 양을 상술한 범위 내로 제어함으로써, 원하는 온도 특성, 예를 들면, EIA 규격에서의 C0G 특성을 충족시키는 특성을 가지는 적층 세라믹 콘덴서(10)를 얻을 수 있다.
한편, P의 함유량이 Zr 100몰부에 대하여 0.001몰부 미만인 경우에는 P가 Ca 및 Zr과 결부되어서 소성 시에 입성장이 억제되는 효과가 얻어지기 어렵고, 11몰부보다 많은 경우에는 결정성이 악화되어, 적층 세라믹 콘덴서(10)의 특성이 악화된다.
또한, 유전체층(12)에 희토류 원소가 포함되도록 하면, 적층 세라믹 콘덴서(10)가 원하는 온도 특성을 얻을 수 없게 될 가능성이 있기 때문에, 원하는 온도 특성이 얻어지도록, 유전체층(12)에 Sr이 포함되도록 하는 것이 바람직하다. 단, 원하는 온도 특성이 얻어지는 것이라면, 유전체층(12)에 Sr이 포함되지 않아도 된다.
유전체층(12)에는 Si 및 Mn이 추가로 포함되는 것이 바람직하다. 그 경우, Zr 100몰부에 대하여, Si의 함유량은 0.1몰부 이상 5.0몰부 이하이며, Mn의 함유량은 0.2몰부 이상 5.0몰부 이하인 것이 바람직하다. Si 및 Mn은 소결 조제로서 기능하기 때문에, 유전체층(12)에, Zr 100몰부에 대하여, 0.1몰부 이상 5.0몰부 이하의 Si, 및 0.2몰부 이상 5.0몰부 이하의 Mn이 포함됨으로써, 적층 세라믹 콘덴서(10)를 제조할 때에 보다 낮은 소성 온도로 소결시키는 것이 가능해진다. 소성 온도가 높은 경우에는 내부전극(13a, 13b)에 악영향이 미치는 경우가 있는데, 보다 낮은 소성 온도로 소결시키는 것이 가능해짐으로써, 내부전극(13a, 13b)에 악영향이 미치는 것을 억제할 수 있다.
한편, Si 및 Mn의 함유량이 상술한 상한값보다 많으면, 과잉의 입성장이 생겨, 적층 세라믹 콘덴서(10)의 신뢰성이 저하된다. 또한, Si 및 Mn의 함유량이 상술한 하한값보다 적으면, 입성장하지 않는 유전체 입자가 생겨 버린다.
상술한 유전체층(12)에 포함되는 원소의 조성은 형광 X선 분석법(XRF법)이나 유도 결합 플라스마 발광 분광 분석법(ICP법) 등에 의해 측정할 수 있다. 또한, La의 고용량은 상술한 투과 전자현미경을 이용하여 확인할 수 있다.
유전체층(12) 중 내층 유전체층(122)의 적층방향(T)의 치수의 일례는 0.3㎛ 이상 3.0㎛ 이하이다.
여기서, 내층 유전체층(122)의 두께는 이하의 방법에 의해 측정할 수 있다. 우선, 적층 세라믹 콘덴서(10)의 길이방향(L)의 중앙의 위치까지, 적층방향(T) 및 폭방향(W)에 의해 규정되는 면을 연마하여 절단면을 노출시켜서, 그 절단면을 주사형 전자현미경으로 관찰한다. 다음으로, 노출시킨 절단면에서, 적층방향(T)으로 연장되는 폭방향(W)의 중심선, 및 이 중심선으로부터 폭방향(W)의 양측에 등간격으로 2개씩 그은 적층방향(T)으로 연장되는 선의 합계 5개의 선 상에서, 적층방향(T)의 중앙부에 위치하는 내층 유전체층(122)의 두께를 측정한다. 이 5개의 측정값의 평균값을 내층 유전체층(122)의 두께로 한다.
한편, 보다 정확하게 구하기 위해서는 적층방향(T)에서 세라믹 소체(11)를 상부, 중앙부, 및 하부로 나누어, 상부, 중앙부, 및 하부 각각에서 상술한 5개의 측정값을 구하고, 구한 모든 측정값의 평균값을 내층 유전체층(122)의 두께로 한다.
제1 내부전극(13a)은 세라믹 소체(11)의 제1 단면(15a)으로 인출된다. 또한, 제2 내부전극(13b)은 세라믹 소체(11)의 제2 단면(15b)으로 인출된다.
한편, 세라믹 소체(11)는, 제1 내부전극(13a) 및 제2 내부전극(13b) 외에, 표면에 노출되지 않는 내부전극을 포함해도 된다.
제1 내부전극(13a)은 제2 내부전극(13b)과 대향하는 부분인 대향전극부와, 대향전극부로부터 세라믹 소체(11)의 제1 단면(15a)까지 인출된 부분인 인출전극부를 포함한다. 또한, 제2 내부전극(13b)은 제1 내부전극(13a)과 대향하는 부분인 대향전극부와, 대향전극부로부터 세라믹 소체(11)의 제2 단면(15b)까지 인출된 부분인 인출전극부를 포함한다.
제1 내부전극(13a)의 대향전극부와 제2 내부전극(13b)의 대향전극부가 유전체층(12)을 사이에 두고 대향함으로써 용량이 형성되고, 이로써, 콘덴서로서 기능한다.
제1 내부전극(13a) 및 제2 내부전극(13b)은 예를 들면, Ni, Cu, Ag, Pd, 및 Au 등의 금속, 또는 Ag와 Pd의 합금 등을 함유한다. 제1 내부전극(13a) 및 제2 내부전극(13b)은, 공재(共材)로서 유전체층(12)에 포함되는 유전체 세라믹과 동일한 세라믹 재료를 포함하는 것이 바람직하다.
제1 외부전극(14a)은, 세라믹 소체(11)의 제1 단면(15a)의 전체에 형성됨과 함께, 제1 단면(15a)으로부터, 제1 주면(16a), 제2 주면(16b), 제1 측면(17a), 및 제2 측면(17b)으로 돌아 들어가도록 형성된다. 제1 외부전극(14a)은 제1 내부전극(13a)과 전기적으로 접속된다.
제2 외부전극(14b)은, 세라믹 소체(11)의 제2 단면(15b)의 전체에 형성됨과 함께, 제2 단면(15b)으로부터, 제1 주면(16a), 제2 주면(16b), 제1 측면(17a), 및 제2 측면(17b)으로 돌아 들어가도록 형성된다. 제2 외부전극(14b)은 제2 내부전극(13b)과 전기적으로 접속된다.
제1 외부전극(14a)은 예를 들면, Ni, Cu, Ag, Pd, Ag-Pd합금, 또는 Au 등의 금속을 함유한다. 제1 외부전극(14a)은 공재로서, 유전체층(12)에 포함되는 유전체 세라믹과 동일한 세라믹 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 공재를 포함함으로써, 제1 외부전극(14a)의 소성 시의 수축 거동을 세라믹 소체(11)의 수축 거동에 가깝게 할 수 있고, 제1 외부전극(14a)이 세라믹 소체(11)로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다.
제2 외부전극(14b)은 예를 들면, Ni, Cu, Ag, Pd, Ag-Pd합금, 또는 Au 등의 금속을 함유한다. 제2 외부전극(14b)은 공재로서, 유전체층(12)에 포함되는 유전체 세라믹과 동일한 세라믹 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 공재를 포함함으로써, 제2 외부전극(14b)의 소성 시의 수축 거동을 세라믹 소체(11)의 수축 거동에 가깝게 할 수 있고, 제2 외부전극(14b)이 세라믹 소체(11)로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다.
제1 외부전극(14a) 및 제2 외부전극(14b)에 함유되는 원소의 종류에 대해서는 투과형 전자현미경-에너지 분산형 X선 분광법(TEM-EDX)으로 원소 분석을 실시함으로써 확인할 수 있다.
제1 외부전극(14a) 및 제2 외부전극(14b)을 Ni층으로서 구성하는 경우, Ni층 중의 세라믹 재료의 함유량은 25면적% 이상 40면적% 이하인 것이 바람직하다. Ni층 중의 세라믹 재료의 함유량이 25면적% 이상이라는 것은, Ni층 중에 세라믹 재료가 일정량 이상 포함된 것을 의미한다. 세라믹 재료를 일정량 이상 포함하는 Ni층은, 미(未)소성의 세라믹 소체의 소성 시에 외부전극 페이스트를 동시 소성함으로써 형성할 수 있다. Ni층 중의 세라믹 재료의 함유량은 35면적% 이하인 것이 보다 바람직하다.
Ni층 중의 세라믹 재료의 함유량은, WDX를 이용한 이하의 방법에 의해 측정할 수 있다. 우선, 적층 세라믹 콘덴서(10)의 폭방향(W)의 중앙부의 절단면을 노출시키고, 세라믹 소체(11)의 적층방향(T)의 중앙부에서의 Ni층의 두께 치수의 중앙부를 10000배로 확대한다. 확대한 영역의 시야는 6㎛×8㎛로 한다. 그리고 확대한 영역을 WDX에 의해 매핑하고, 매핑에 의해 얻어진 화상으로부터, 면적 비율을 측정한다.
제1 외부전극(14a)은 세라믹 소체(11)의 제1 단면(15a) 측으로부터 순서대로, Ni층과 제1 도금층과 제2 도금층을 포함하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 제2 외부전극(14b)은 세라믹 소체(11)의 제2 단면(15b) 측으로부터 순서대로, Ni층과 제1 도금층과 제2 도금층을 포함하는 것이 바람직하다. 제1 도금층은 Ni도금에 의해 형성되는 것이 바람직하고, 제2 도금층은 Sn도금에 의해 형성되는 것이 바람직하다. Ni도금은 Ni층이 적층 세라믹 콘덴서(10)를 실장할 때의 솔더에 의해 침식되는 것을 방지하는 기능을 한다. 또한, Sn도금은 적층 세라믹 콘덴서(10)를 실장할 때의 솔더의 젖음성을 향상시키는 기능을 한다.
또한, Ni층과 제1 도금층 사이에, 도전성 입자 및 수지를 함유하는 도전성 수지층을 포함하도록 구성해도 된다. 그 경우, 도전성 입자로서 예를 들면, Cu입자, Ag입자, Ni입자 등의 금속입자를 사용할 수 있다.
적층 세라믹 콘덴서(10)의 사이즈는 예를 들면, 하기의 (a)~(c)에 나타내는 제1 사이즈~제3 사이즈 중 어느 하나의 사이즈로 할 수 있다.
(a) 제1 사이즈: 적층 세라믹 콘덴서(10)의 적층방향(T)의 치수는 0.35㎜ 이상 0.65㎜ 이하이며, 폭방향(W)의 치수는 0.35㎜ 이상 0.65㎜ 이하이며, 길이방향(L)의 치수는 0.85㎜ 이상 1.15㎜ 이하이다.
(b) 제2 사이즈: 적층 세라믹 콘덴서(10)의 적층방향(T)의 치수는 1.45㎜ 이상 1.70㎜ 이하이며, 폭방향(W)의 치수는 1.45㎜ 이상 1.70㎜ 이하이며, 길이방향(L)의 치수는 3.05㎜ 이상 3.35㎜ 이하이다.
(c) 제3 사이즈: 적층 세라믹 콘덴서(10)의 적층방향(T)의 치수는 2.35㎜ 이상 2.65㎜ 이하이며, 폭방향(W)의 치수는 2.35㎜ 이상 2.65㎜ 이하이며, 길이방향(L)의 치수는 3.05㎜ 이상 3.35㎜ 이하이다.
상술한 제1 사이즈의 적층 세라믹 콘덴서(10)에서, 제1 내부전극(13a) 및 제2 내부전극(13b)을 포함하는 내부전극의 매수는 예를 들면, 100매 이상 550매 이하이다.
상술한 제2 사이즈의 적층 세라믹 콘덴서(10)에서, 제1 내부전극(13a) 및 제2 내부전극(13b)을 포함하는 내부전극의 매수는 예를 들면, 230매 이상 830매 이하이다.
상술한 제3 사이즈의 적층 세라믹 콘덴서(10)에서, 제1 내부전극(13a) 및 제2 내부전극(13b)을 포함하는 내부전극의 매수는 예를 들면, 230매 이상 1520매 이하이다.
상술한 적층 세라믹 콘덴서(10)에서, 유전체층(12)에 포함되는 유전체 입자의 평균 입자경은 예를 들면, 100㎚ 이상이면서, 유전체층(12)의 적층방향(T)의 치수의 80% 이하의 크기이다.
여기서, 유전체 입자의 평균 입자경은 이하의 방법에 의해 구할 수 있다. 우선, 적층 세라믹 콘덴서(10)의 폭방향(W)의 중앙의 위치까지, 적층방향(T) 및 길이방향(L)에 의해 규정되는 면을 연마하여 절단면을 노출시킨다. 그리고 주사형 전자현미경을 배율 5000배, 가속전압 15kV, 시야 30㎛×30㎛의 설정으로, 노출된 절단면을 촬상하고, 화상 처리 소프트를 이용하여 모든 유전체 입자의 가장자리를 인식하여 면적을 산출하고, 이 면적을 원의 면적으로 간주하여 직경을 산출한다. 누락되어 촬상된 유전체 입자를 제외한, 촬상한 범위 내에 포함되는 모든 유전체 입자의 직경을 측정하고, 그 평균값을 유전체 입자의 평균 입자경으로 한다.
<적층 세라믹 콘덴서의 제조 방법>
상술한 적층 세라믹 콘덴서(10)의 제조 방법의 일례를 이하에서 설명한다.
첫 번째로, Ca, Zr, Ti, 및 희토류 원소를 각각 포함하는 1차 소재 재료를 준비하여, 소정의 배합비가 되도록 측량하고 나서 포트 내에 투입함과 함께, 소정량의 바인더액을 포트 내에 투입하여 혼합·분쇄한다. 1차 소재 재료에, 추가로 Sr 및 Hf를 포함시키도록 해도 된다.
이어서, Si 및 Mn을 각각 포함하는 2차 소재 재료를 준비하여, 소정의 배합비가 되도록 측량하고 나서 포트 내에 투입함과 함께, 소정량의 바인더액을 포트 내에 투입하여 혼합·분쇄함으로써, 세라믹 슬러리를 제작한다.
이어서, 수지 필름 상에 세라믹 슬러리를 코팅하고, 세라믹 그린시트를 제작한다. 그리고 세라믹 그린시트에 내부전극용 도전성 페이스트를 인쇄함으로써, 내부전극 패턴을 형성한다. 내부전극용 도전성 페이스트는, 유기 바인더 및 유기 용제를 포함하는 공지의 것을 사용할 수 있다. 또한, 내부전극용 도전성 페이스트의 인쇄는 예를 들면, 스크린 인쇄나 그라비어 인쇄 등의 인쇄 방법을 이용할 수 있다.
이어서, 내부전극 패턴이 형성되지 않은 세라믹 그린시트를 소정 매수 적층하고, 그 위에, 내부전극 패턴이 형성된 세라믹 그린시트를 순차 적층하고, 그 위에, 내부전극 패턴이 형성되지 않은 세라믹 그린시트를 소정 매수 적층하여, 마더 적층체를 제작한다.
이어서, 마더 적층체를 강체 프레스, 정수압 프레스 등의 방법에 의해, 적층방향으로 프레스한 후, 프레스 커팅, 다이싱, 레이저 등의 절단 방법에 의해, 소정의 사이즈로 커팅하고, 적층 칩을 얻는다. 이 후, 배럴 연마 등에 의해, 적층 칩의 모서리부 및 능선부가 라운드형으로 형성되어도 된다.
이어서, 적층 칩을 소성하고, 세라믹 소체를 제작한다. 소성 온도는 사용되는 세라믹 재료나 도전성 페이스트 재료에 따라 다르지만, 예를 들면 900℃ 이상 1400℃ 이하이다.
이어서, 세라믹 소체의 양 단면과 양 주면의 일부 및 양 측면의 일부에 외부전극용 도전성 페이스트를 코팅한다. 그리고 외부전극용 도전성 페이스트를 코팅한 세라믹 소체를 베이킹한다. 마지막으로, 필요에 따라, 베이킹 전극층의 표면에 도금층을 형성한다.
상술한 공정에 의해, 적층 세라믹 콘덴서(10)를 제조할 수 있다.
한편, 상술한 제조 공정에서는 소성 후의 세라믹 소체에 외부전극용 도전성 페이스트를 코팅했는데, 소성 전의 세라믹 소체에 외부전극용 도전성 페이스트를 코팅하고 나서 동시에 소성하도록 해도 된다.
(실시예 1)
유전체층(12)에 포함되는 Ca, Zr, Ti, 희토류 원소, Sr, Hf, 및 P의 조성비가 다른 27종류의 적층 세라믹 콘덴서를 제작하여, EIA 규격에서의 C0G 특성을 충족시키는지 여부, 및 신뢰성을 확인했다. 여기서는 희토류 원소로서 La를 사용했다.
표 1에, 시료번호 1~27의 27종류의 적층 세라믹 콘덴서의 유전체층(12)에 포함되는 각 원소의 조성비를 나타낸다. 표 1에서는 Zr 100몰부에 대한 각 원소의 몰부를 나타냈다. 시료번호 1~27의 적층 세라믹 콘덴서 중 시료번호 1~12, 15~18, 및 20~27의 적층 세라믹 콘덴서는 본 실시형태에서의 적층 세라믹 콘덴서이며, "유전체층은, Ca, Zr, Ti, 및 희토류 원소를 포함하는 복수개의 유전체 입자와 복수개의 유전체 입자의 사이에 존재하는 P를 포함하고, 희토류 원소의 적어도 일부는 유전체 입자 내에 고용된다"라는 요건을 충족시킨다.
Figure pat00001
표 1에 나타내는 시료번호 1~27의 적층 세라믹 콘덴서에서, 신뢰성은 이하의 방법에 의해 확인했다. 즉, 150℃, 200V의 조건으로 전압을 500시간 인가하고, 저항값이 10의 2승 저하된 시료를 고장이라고 판정했다. 유전체층에 P가 포함되지 않는 시료번호 19의 적층 세라믹 콘덴서는 100개 중 97개의 시료가 고장난 것에 반해, P가 포함되는 다른 적층 세라믹 콘덴서는 고장이라고 판정된 시료의 수가 적다. 따라서, 유전체층에 P가 포함되는 것이 바람직하다.
표 2에 나타내는 온도계수가 -30ppm/℃ 이상 30ppm/℃ 이하인 적층 세라믹 콘덴서는 EIA 규격에서의 C0G 특성을 충족시킨다. 표 2에 나타내는 바와 같이, 유전체층에 P가 포함되는 시료번호 1~18 및 20~27의 적층 세라믹 콘덴서 중 시료번호 1~6, 10~11, 17~18, 및 20~27의 적층 세라믹 콘덴서는, EIA 규격에서의 C0G 특성을 충족시키는 온도 특성이 얻어졌다. 이들 적층 세라믹 콘덴서 중 Zr 100몰부에 대하여, Ca가 70몰부 이상 107몰부 이하 포함되고, Sr이 0몰부 이상 26몰부 이하 포함되며, La가 0.1몰부 이상 5몰부 이하 포함되고, Ti가 0.1몰부 이상 6몰부 이하 포함되며, Hf가 1몰부 이상 3몰부 이하 포함되며, P가 0.001몰부 이상 11몰부 이하 포함되는 시료번호 1~6, 10~11, 17~18, 및 20~26의 적층 세라믹 콘덴서는, C0G 특성을 충족시키는 온도 특성이 얻어지면서, 신뢰성 평가에서 고장이라고 판정된 시료가 100개 중 17개 이하로 높은 신뢰성이 얻어졌다. 따라서, 유전체층(12)에는, Zr 100몰부에 대하여, Ca가 70몰부 이상 107몰부 이하 포함되고, Sr이 0몰부 이상 26몰부 이하 포함되며, La가 0.1몰부 이상 5몰부 이하 포함되고, Ti가 0.1몰부 이상 6몰부 이하 포함되며, Hf가 1몰부 이상 3몰부 이하 포함되고, P가 0.001몰부 이상 11몰부 이하 포함되는 것이 바람직하다.
(실시예 2)
유전체층(12)에, Ca, Sr, 희토류 원소, Zr, Ti, P, Si, 및 Mn이 포함됨과 함께, Si 및 Mn의 함유량이 다른 15종류의 적층 세라믹 콘덴서를 제작하여, 제작할 때의 소성 안정성, 및 적층 세라믹 콘덴서의 신뢰성에 대해 확인했다. 표 2에 각 원소의 조성비, 소성 안정성, 및 신뢰성을 나타낸다.
Figure pat00002
표 2에 나타내는 바와 같이, 유전체층(12)에 포함되는 희토류 원소로서, 시료번호 31~41의 적층 세라믹 콘덴서에서는 La를, 시료번호 42의 적층 세라믹 콘덴서에서는 Gd를, 시료번호 43의 적층 세라믹 콘덴서에서는 Nd를, 시료번호 44의 적층 세라믹 콘덴서에서는 Dy를, 시료번호 45의 적층 세라믹 콘덴서에서는 Ho를 각각 사용했다. 또한, 표 2에는 나타내지 않았지만, 모든 적층 세라믹 콘덴서의 유전체층(12)에 Zr 100몰부에 대하여 2몰부의 Hf가 포함되었다.
시료번호 31~45의 적층 세라믹 콘덴서에서, 그 제조 공정에서, 동일한 소성 온도로 목표로 하는 입경까지 소결시킬 수 있는지 확인했다. 여기서는, 목표로 하는 입경까지 소결시킬 수 있었을 경우에 소성 안정성이 양호한 것을 의미하는 "○", 목표로 하는 입경까지 소결시킬 수 없었을 경우에 소성 안정성이 양호하지 않은 것을 의미하는 "×"로 평가했다(표 2 참조). 신뢰성의 평가 방법은 표 1의 시료번호 1~27의 적층 세라믹 콘덴서의 신뢰성 평가 방법과 동일하다.
표 2에 나타내는 시료번호 31~45의 적층 세라믹 콘덴서는 본 실시형태에서의 적층 세라믹 콘덴서이며, "유전체층은, Ca, Zr, Ti, 및 희토류 원소를 포함하는 복수개의 유전체 입자와 복수개의 유전체 입자의 사이에 존재하는 P를 포함하고, 희토류 원소의 적어도 일부는 유전체 입자 내에 고용된다"라는 요건을 충족시킨다. 그 중 Zr 100몰부에 대하여, Si의 함유량이 0.1몰부 이상 5.0몰부 이하이며, Mn의 함유량이 0.2몰부 이상 5.0몰부 이하인 시료번호 31~35, 37, 40, 및 42~45의 적층 세라믹 콘덴서는 소성 안정성이 양호하면서, 신뢰성 평가에서 고장이라고 판정된 시료가 100개 중 13개 이하로 높은 신뢰성이 얻어졌다.
즉, 본 실시형태에서의 적층 세라믹 콘덴서(10)는 유전체층(12)에 Si 및 Mn이 추가로 포함되고, Zr 100몰부에 대하여, Si의 함유량이 0.1몰부 이상 5.0몰부 이하이며, Mn의 함유량이 0.2몰부 이상 5.0몰부 이하인 것이 바람직하다.
또한, 희토류 원소로서 La를 사용한 시료번호 31의 적층 세라믹 콘덴서에 대하여, 희토류 원소 이외의 조성비가 동일하고, 희토류 원소로서 각각, Gd, Nd, Dy, 및 Ho를 사용한 시료번호 42, 43, 44, 및 45의 적층 세라믹 콘덴서에 대해서도 소성 안정성이 양호하면서, 신뢰성이 높다는 결과가 얻어졌다.
본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위 내에서 다양한 응용, 변형을 가하는 것이 가능하다.
본 발명의 실시형태에 대해 설명했는데, 이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 청구범위에 의해 나타내지고, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

Claims (9)

  1. 적층된 복수개의 유전체층과 복수개의 내부전극을 포함하고, 적층방향에서 마주보는 제1 주면(主面) 및 제2 주면과, 상기 적층방향과 직교하는 폭방향에서 마주보는 제1 측면 및 제2 측면과, 상기 적층방향 및 상기 폭방향과 직교하는 길이방향에서 마주보는 제1 단면(端面) 및 제2 단면을 가지는 세라믹 소체와,
    상기 내부전극과 전기적으로 접속되고, 상기 세라믹 소체의 상기 제1 단면 및 상기 제2 단면에 각각 마련된 외부전극을 포함하고,
    상기 유전체층은, Ca, Zr, Ti, 및 희토류 원소를 포함하는 복수개의 유전체 입자와, 복수개의 상기 유전체 입자의 사이에 존재하는 P를 포함하며,
    상기 희토류 원소의 적어도 일부는 상기 유전체 입자 내에 고용(固溶)되는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유전체층에는 상기 Zr 100몰부에 대하여,
    상기 Ca가 70몰부 이상 107몰부 이하 포함되고,
    Sr이 0몰부 이상 26몰부 이하 포함되며,
    상기 희토류 원소가 0.1몰부 이상 5몰부 이하 포함되고,
    상기 Ti가 0.1몰부 이상 6몰부 이하 포함되며,
    Hf가 1몰부 이상 3몰부 이하 포함되고,
    상기 P가 0.001몰부 이상 11몰부 이하 포함되는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 희토류 원소는, La, Ce, Pr, Pm, Sm, Eu, Tb, Gd, Nd, Dy, Ho, 및 Y 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 P는, 적어도 3개의 상기 유전체 입자의 입계(粒界) 3중점 및 입계에 존재하는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체층에는 Si 및 Mn이 추가로 포함되고,
    상기 Zr 100몰부에 대하여,
    상기 Si의 함유량은 0.1몰부 이상 5.0몰부 이하이며,
    상기 Mn의 함유량은 0.2몰부 이상 5.0몰부 이하인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층 세라믹 콘덴서의 사이즈는,
    상기 적층 세라믹 콘덴서의 상기 적층방향의 치수는 0.35㎜ 이상 0.65㎜ 이하이며, 상기 폭방향의 치수는 0.35㎜ 이상 0.65㎜ 이하이며, 상기 길이방향의 치수는 0.85㎜ 이상 1.15㎜ 이하인 제1 사이즈,
    상기 적층 세라믹 콘덴서의 상기 적층방향의 치수는 1.45㎜ 이상 1.70㎜ 이하이며, 상기 폭방향의 치수는 1.45㎜ 이상 1.70㎜ 이하이며, 상기 길이방향의 치수는 3.05㎜ 이상 3.35㎜ 이하인 제2 사이즈, 및
    상기 적층 세라믹 콘덴서의 상기 적층방향의 치수는 2.35㎜ 이상 2.65㎜ 이하이며, 상기 폭방향의 치수는 2.35㎜ 이상 2.65㎜ 이하이며, 상기 길이방향의 치수는 3.05㎜ 이상 3.35㎜ 이하인 제3 사이즈 중 어느 하나의 사이즈인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 사이즈에서의 상기 내부전극의 매수는 100매 이상 550매 이하이며,
    상기 제2 사이즈에서의 상기 내부전극의 매수는 230매 이상 830매 이하이며,
    상기 제3 사이즈에서의 상기 내부전극의 매수는 230매 이상 1520매 이하인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체층의 상기 적층방향의 치수는 0.3㎛ 이상 3.0㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 입자의 평균 입자경은 100㎚ 이상이면서, 상기 유전체층의 상기 적층방향의 치수의 80% 이하의 크기인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
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