KR20220086452A - Multilayer capacitor - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시형태는 복수의 유전체층 및 상기 유전체층을 사이에 두고 적층된 복수의 내부 전극을 포함하는 바디 및 상기 바디 외부에 형성되어 상기 내부 전극과 접속된 외부 전극을 포함하며, 상기 복수의 유전체층은 BaM1aTi1-xSnxM2bO3 (0.008≤x≤0.05, 0.006≤a≤0.03, 0.0006≤b<0.006)의 조성식으로 표현되는 유전체를 포함하며, 여기서, M1은 희토류 원소를 포함하며, M2는 Mn 및 V 중 적어도 하나를 포함하는 적층형 커패시터를 제공한다.One embodiment of the present invention includes a body including a plurality of dielectric layers and a plurality of internal electrodes stacked with the dielectric layers interposed therebetween, and external electrodes formed outside the body and connected to the internal electrodes, the plurality of dielectric layers contains a dielectric expressed by the compositional formula of BaM1 a Ti 1-x Sn x M2 b O 3 (0.008≤x≤0.05, 0.006≤a≤0.03, 0.0006≤b<0.006), where M1 contains a rare earth element and M2 provides a multilayer capacitor including at least one of Mn and V.
Description
본 발명은 적층형 커패시터에 관한 것이다.The present invention relates to a multilayer capacitor.
커패시터는 전기를 저장할 수 있는 소자로서, 기본적으로 2개의 전극을 대향시켜, 전압을 걸면 각 전극에 전기가 축적되는 것이다. 직류 전압을 인가한 경우에는 전기가 축전되면서 커패시터 내부에 전류가 흐르지만, 축적이 완료되면 전류가 흐르지 않게 된다. 한편, 교류 전압을 인가한 경우, 전극의 극성이 교변하면서 교류 전류가 흐르게 된다.A capacitor is an element that can store electricity, and basically, when two electrodes are opposed to each other and a voltage is applied, electricity is accumulated in each electrode. When a DC voltage is applied, a current flows inside the capacitor as electricity is stored, but when the accumulation is completed, the current stops flowing. On the other hand, when an AC voltage is applied, an AC current flows while the polarity of the electrodes is changed.
이러한 커패시터는 전극 간에 구비되는 절연체의 종류에 따라서, 알루미늄으로 전극을 구성하고 상기 알루미늄 전극 사이에 얇은 산화막을 구비하는 알루미늄 전해 커패시터, 전극 재료로 탄탈륨을 사용하는 탄탈륨 커패시터, 전극 사이에 티타늄산바륨과 같은 고유전율의 유전체를 사용하는 세라믹 커패시터, 전극 사이에 구비되는 유전체로 고유전율계 세라믹을 다층 구조로 사용하는 적층 세라믹 커패시터(Multi-Layer Ceramic Capacitor, MLCC), 전극 사이의 유전체로 폴리스티렌 필름을 사용하는 필름 커패시터 등 여러 종류로 구분될 수 있다.According to the type of insulator provided between the electrodes, the capacitor includes an aluminum electrolytic capacitor comprising an electrode made of aluminum and a thin oxide film between the aluminum electrodes, a tantalum capacitor using tantalum as an electrode material, and barium titanate between the electrodes. Ceramic capacitors using dielectrics of the same high dielectric constant, Multi-Layer Ceramic Capacitors (MLCCs) using high-k ceramics as a dielectric provided between electrodes in a multi-layer structure, and polystyrene films as dielectrics between electrodes It can be divided into several types, such as film capacitors.
이 중에서 적층 세라믹 커패시터는 온도 특성 및 주파수 특성이 우수하고 소형으로 구현 가능하다는 장점을 가지고 있어 최근 고주파 회로 등 다양한 분야에서 많이 응용되고 있다. 최근에는 적층 세라믹 커패시터를 더욱 작게 구현하기 위한 시도가 계속되고 있으며 이를 위해 유전체층과 내부 전극을 얇게 형성하고 있다. 또한, 용량이 높고 신뢰성이 우수한 적층 세라믹 커패시터를 구현하기 위한 유전체 재료에 대한 연구가 진행되고 있다.Among them, multilayer ceramic capacitors have excellent temperature and frequency characteristics and have the advantage that they can be implemented in a small size. Recently, attempts have been made to make the multilayer ceramic capacitor smaller, and for this purpose, a dielectric layer and an internal electrode are formed thinly. In addition, research on dielectric materials for realizing a multilayer ceramic capacitor having high capacity and excellent reliability is being conducted.
본 발명의 일 목적은 유전율이 높고 신뢰성이 우수한 유전체 재료를 사용함으로써 성능이 향상된 적층형 커패시터를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION One object of the present invention is to provide a multilayer capacitor having improved performance by using a dielectric material having a high dielectric constant and excellent reliability.
상술한 과제를 해결하기 위한 방법으로, 본 발명은 일 예를 통하여 적층형 커패시터의 신규한 구조를 제안하고자 하며, 구체적으로, 복수의 유전체층 및 상기 유전체층을 사이에 두고 적층된 복수의 내부 전극을 포함하는 바디 및 상기 바디 외부에 형성되어 상기 내부 전극과 접속된 외부 전극을 포함하며, 상기 복수의 유전체층은 BaM1aTi1-xSnxM2bO3 (0.008≤x≤0.05, 0.006≤a≤0.03, 0.0006≤b<0.006)의 조성식으로 표현되는 유전체를 포함하며, 여기서, M1은 희토류 원소를 포함하며, M2는 Mn 및 V 중 적어도 하나를 포함한다.As a method for solving the above problems, the present invention intends to propose a novel structure of a multilayer capacitor through an example, and specifically, it includes a plurality of dielectric layers and a plurality of internal electrodes stacked with the dielectric layers interposed therebetween. a body and an external electrode formed outside the body and connected to the internal electrode, wherein the plurality of dielectric layers include BaM1 a Ti 1-x Sn x M2 b O 3 (0.008≤x≤0.05, 0.006≤a≤0.03, 0.0006≤b<0.006), wherein M1 includes a rare earth element, and M2 includes at least one of Mn and V.
일 실시 예에서, 상기 희토류 원소는 Dy를 포함할 수 있다.In an embodiment, the rare earth element may include Dy.
일 실시 예에서, 상기 상기 유전체는 Ba 1몰 대비 Dy를 0.006-0.012몰 포함할 수 있다.In an embodiment, the dielectric may include 0.006-0.012 moles of Dy relative to 1 mole of Ba.
일 실시 예에서, 상기 M2는 Mn 및 V를 모두 포함하며, 상기 유전체는 Ba 1몰 대비 Mn은 0.0003-0.0035몰, V는 0.0003-0.0025몰 포함할 수 있다.In an embodiment, M2 may include both Mn and V, and the dielectric may include 0.0003-0.0035 moles of Mn and 0.0003-0.0025 moles of V relative to 1 mole of Ba.
일 실시 예에서, 상기 유전체는 Ba 1몰 대비 0.003몰 이상, 0.012몰 미만의 Al 성분을 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the dielectric may further include an Al component of 0.003 moles or more and less than 0.012 moles relative to 1 mole of Ba.
일 실시 예에서, 상기 유전체는 Ba 1몰 대비 0.001몰 이상, 0.012몰 미만의 Mg 성분을 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the dielectric may further include an Mg component of 0.001 mol or more and less than 0.012 mol relative to 1 mol of Ba.
일 실시 예에서, 상기 유전체는 Ba 1몰 대비 0.03몰 이상의 Si 성분을 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the dielectric may further include 0.03 moles or more of Si components relative to 1 mole of Ba.
일 실시 예에서, 상기 조성식은 0.12≤a/x≤3.75의 조건을 만족할 수 있다.In an embodiment, the compositional formula may satisfy the condition of 0.12≤a/x≤3.75.
일 실시 예에서, 상기 조성식은 0.012≤b/x≤0.75의 조건을 만족할 수 있다.In an embodiment, the compositional formula may satisfy the condition of 0.012≤b/x≤0.75.
일 실시 예에서, 상기 조성식에서 Ti 대비 Ba 비율(Ba/Ti)은 1.010-1.050일 수 있다.In an embodiment, in the formula, the ratio of Ba to Ti (Ba/Ti) may be 1.010 to 1.050.
일 실시 예에서, 상기 복수의 유전체층에 포함된 그레인 중 적어도 하나는 코어 및 상기 코어를 커버하는 쉘부를 포함하는 코어-쉘 구조일 수 있다.In an embodiment, at least one of the grains included in the plurality of dielectric layers may have a core-shell structure including a core and a shell part covering the core.
일 실시 예에서, 상기 쉘부는 상기 코어보다 Sn의 함량이 많을 수 있다.In one embodiment, the shell portion may have a greater content of Sn than the core.
일 실시 예에서, 상기 유전체층의 평균 두께는 500nm 이하일 수 있다.In an embodiment, the average thickness of the dielectric layer may be 500 nm or less.
일 실시 예에서, 상기 내부 전극의 평균 두께는 400nm 이하일 수 있다.In an embodiment, the average thickness of the internal electrode may be 400 nm or less.
본 발명의 일 예에 따른 적층형 커패시터의 경우, 높은 수준의 용량을 확보할 수 있으며, 내전압 특성과 같은 신뢰성이 우수하다. In the case of the multilayer capacitor according to an embodiment of the present invention, it is possible to secure a high level of capacity and has excellent reliability such as withstand voltage characteristics.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 적층형 커패시터의 외관을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 적층형 커패시터에서 I-I` 단면도이다.
도 3은 도 1의 적층형 커패시터에서 II-II` 단면도이다.
도 4는 유전체층의 그레인을 확대하여 나타낸 모식도이다. 1 is a perspective view schematically illustrating an external appearance of a multilayer capacitor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view II′ in the multilayer capacitor of FIG. 1 .
3 is a cross-sectional view II-II` in the multilayer capacitor of FIG. 1 .
4 is an enlarged schematic view of the grain of the dielectric layer.
이하, 구체적인 실시형태 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 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.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to specific embodiments and the accompanying drawings. However, the embodiment of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments of the present invention are provided in order to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer description, and elements indicated by the same reference numerals in the drawings are the same elements.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다. 나아가, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and the thickness is enlarged to clearly express various layers and regions, and components having the same function within the scope of the same idea are referred to as the same. It is explained using symbols. Furthermore, throughout the specification, when a part "includes" a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 적층형 커패시터의 외관을 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 적층형 커패시터에서 I-I` 단면도이다. 도 3은 도 1의 적층형 커패시터에서 II-II` 단면도이다. 그리고 도 4는 유전체층의 그레인을 확대하여 나타낸 모식도이다.1 is a perspective view schematically illustrating an external appearance of a multilayer capacitor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line I-I` in the multilayer capacitor of FIG. 1 . 3 is a cross-sectional view II-II` in the multilayer capacitor of FIG. 1 . And Fig. 4 is a schematic view showing the enlarged grain of the dielectric layer.
도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 적층형 커패시터(100)는 유전체층(111) 및 이를 사이에 두고 제1 방향(X 방향)으로 적층된 복수의 내부 전극(121, 122)을 포함하는 바디(110) 및 외부 전극(131, 132)을 포함한다. 그리고 복수의 유전체층(111)은 BaM1aTi1-xSnxM2bO3 (0.008≤x≤0.05, 0.006≤a≤0.003, 0.0006≤b<0.006)의 조성식으로 표현되는 유전체를 포함하며, 여기서, M1은 희토류 원소를 포함하며, M2는 Mn 및 V 중 적어도 하나를 포함한다.1 to 3 , the
바디(110)는 복수의 유전체층(111)이 제1 방향(X 방향)으로 적층된 적층 구조를 포함하며, 예컨대 복수의 그린 시트를 적층한 후 소결하여 얻어질 수 있다. 이러한 소결 공정에 의하여 복수의 유전체층(111)은 일체화된 형태를 가질 수 있다. 도 1에 도시된 형태와 같이, 바디(110)는 직육면체와 유사한 형상을 가질 수 있다. 본 실시 형태의 경우, 바디(110)에 포함된 유전체층(111)은 티탄산바륨계 세라믹 유전체를 포함하며, 여기에, Sn, 희토류 원소, 전이 금속 성분을 포함한다. 본 발명의 발명자들은 첨가제의 성분과 함량을 조절함으로써 유전체의 그레인 사이즈와 유전율을 효과적으로 제어할 수 있음을 발견하였다. 이 경우, 이러한 첨가제를 모재 분말에 코팅된 형태로 사용 시 유전체 그레인의 입성장이 효과적으로 제어될 수 있고 유전체의 내전압 특성 등이 향상될 수 있다.The
상술한 바와 같이, 유전체층(111)은 BaM1aTi1-xSnxM2bO3 (0.008≤x≤0.05, 0.006≤a≤0.003, 0.0006≤b<0.006)의 조성식으로 표현되는 유전체를 포함하며, 여기서, M1은 희토류 원소를 포함하며, M2는 Mn 및 V 중 적어도 하나를 포함한다. Sn 성분은 모재 분말에 코팅된 형태로 도핑될 수 있으며 소결 과정에서 유전체 그레인의 입성장을 억제할 수 있다. 이에 따라 미립 분말을 사용하여 유전체를 구현하는 경우에도 그레인 사이즈가 과도하게 커지는 것을 완화해줄 수 있고 높은 유전율을 확보할 수 있다. 이를 구체적으로 설명하면, 유전체층(111)을 얇게 하기 위해서는 미립의 유전체 분말을 사용하여야 하는데 미립화된 티탄산바륨의 경우, 소결 구동력이 증가하여 소성 과정 중 입성장 제어가 어렵고 소결체가 치밀화되기까지 과도한 입성장이 수반된다. 이에 따라 내전압 및 고온 신뢰성 열화가 발생할 수 있고 DC 전계 하에서의 유효 용량 저하가 발생할 수 있다. 본 실시 형태에서는 Sn 성분을 최적화된 함량 범위에서 첨가하여 이러한 문제를 해결하고자 하였으며 나아가, Sn 성분을 모재 분말에 코팅된 형태로 사용하는 경우 그 효과는 더욱 크게 발현될 수 있다.As described above, the
그리고 Sn 성분은 억셉터 역할을 하여 유전체 재료의 내환원성이 향상될 수 있다. 또한, Sn의 도핑에 의하여 Ti가 Sn으로 치환되는 경우 유전율이 우수한 결정 구조로 변화될 수 있으므로 유전체의 유전율이 향상될 수 있다. 이와 같이, Sn 성분의 첨가에 의하여 유전체층(111)은 얇은 두께로 구현되는 경우에도 높은 유전율이 확보되면서 내전압 특성이 강화될 수 있다. Sn의 첨가량은 Ba 1몰 대비 0.008-0.05몰인 것이 바람직하며, 0.008몰보다 Sn이 적은 경우 상술한 효과를 뚜렷하게 나타내지 못하였다. 또한, Sn이 0.05몰보다 많게 첨가된 경우 Sn 간 네트워크 형성으로 인해 내 충격성 열화 등이 생길 수 있다. Sn 성분은 소결 시 그레인 내에 균일하게 확산될 수 있으며, 유전체층(111)과 내부 전극(121, 122)의 계면에도 존재할 수 있다. 또한, 유전체 그레인의 입성장이 제한되는 경우 도 4에 도시된 형태와 같이 유전체 그레인에는 코어-쉘 구조가 남아있을 수 있다. 도 4를 참조하면, 유전체 그레인은 코어-쉘 그레인(11)과 코어-쉘 구조가 없는 그레인(12)을 모두 포함할 수 있으며, 코어-쉘 그레인(11)의 경우, 코어(11a)와 쉘부(11b)를 포함한다. 여기서, 쉘부(11b)에서 코어(11a)보다 Sn의 함량이 많을 수 있다.In addition, the Sn component may serve as an acceptor to improve the reduction resistance of the dielectric material. In addition, when Ti is substituted with Sn by doping of Sn, the dielectric constant may be improved because a crystal structure having excellent dielectric constant may be changed. As described above, even when the
Sn이 첨가되는 경우, 일반적인 티탄산바륨보다 Ti 대비 Ba 비율(Ba/Ti)이 높아질 수 있고 이로부터 유전체 그레인의 입성장을 억제할 수 있다. 이 경우, Ti 대비 Ba 비율(Ba/Ti)은 1.010-1.050의 범위 값을 가질 수 있다. Ti 대비 Ba 비율(Ba/Ti)이 1.050 이상으로서 높은 몰비를 갖는 경우, 유전체 그레인들은 소결 시 입성장이 억제되어 치밀화될 수 있으며, 이로부터 전기적 특성(내전압 특성), 내습 신뢰성 등이 향상될 수 있다.When Sn is added, the ratio of Ba to Ti (Ba/Ti) may be higher than that of general barium titanate, thereby suppressing grain growth of dielectric grains. In this case, the Ti to Ba ratio (Ba/Ti) may have a value in the range of 1.010 to 1.050. When the ratio of Ba to Ti (Ba/Ti) is 1.050 or more and has a high molar ratio, the dielectric grains can be densified by suppressing grain growth during sintering, and from this, electrical characteristics (withstanding voltage characteristics), moisture resistance reliability, etc. can be improved. .
상기 유전체에서 M1은 희토류 원소이며, 상기 희토류 원소는 Dy를 포함할 수 있다. M1은 Ba 1몰 대비 0.006-0.03몰 포함된다. 상기 유전체가 Dy를 포함하는 경우, 상기 유전체에는 Ba 1몰 대비 Dy가 0.006-0.012몰 포함될 수 있으며, Dy 외에 다른 희토류 원소(예컨대, Tb, Eu, Ce, Sc, Y 등)를 추가로 포함하는 경우, 희토류 원소의 총량은 상술한 것과 같이 Ba 1몰 대비 0.006-0.03몰일 수 있다. 또한, 상기 유전체에서 M2는 전이 금속인 Mn 및 V 중 적어도 하나를 포함하며, Ba 1몰 대비 0.0006-0.006몰 포함된다. 이 경우, M2는 Mn 및 V를 모두 포함할 수 있으며, 여기서 Ba 1몰 대비 Mn은 0.0003몰 이상, 0.0035몰 미만, V는 0.0003몰 이상, 0.0025몰 미만 포함할 수 있다. Sn 성분과 마찬가지로 M1과 M2 성분은 모재 분말에 코팅된 형태로 제공될 수 있고 다만 소결 시 그레인 내부에 균일하게 확산될 수 있다. 이 경우, 희토류 원소와 전이 금속 성분은 쇼트키 장벽(Schottky Barrier)을 강화하는 한편 유전체 재료의 내환원성 증가 효과를 일으켜서 유전체의 신뢰성을 높이는 기능을 할 수 있다.In the dielectric, M1 is a rare earth element, and the rare earth element may include Dy. M1 is contained in 0.006-0.03 mol relative to 1 mol of Ba. When the dielectric includes Dy, the dielectric may contain 0.006-0.012 moles of Dy relative to 1 mole of Ba, and additionally include other rare earth elements (eg, Tb, Eu, Ce, Sc, Y, etc.) in addition to Dy. In this case, the total amount of the rare earth element may be 0.006-0.03 moles based on 1 mole of Ba as described above. In addition, M2 in the dielectric includes at least one of Mn and V, which are transition metals, and 0.0006-0.006 mol relative to 1 mol of Ba. In this case, M2 may include both Mn and V, where, relative to 1 mole of Ba, Mn may include 0.0003 moles or more and less than 0.0035 moles, and V may include 0.0003 moles or more and less than 0.0025 moles. Like the Sn component, the M1 and M2 components may be provided in a coated form on the base material powder, but may be uniformly diffused inside the grain during sintering. In this case, the rare earth element and the transition metal component may serve to enhance the reliability of the dielectric material by strengthening the Schottky barrier and increasing the reduction resistance of the dielectric material.
본 실시 형태의 경우, M1과 M2의 함량은 Sn의 함량과 대비하여 특정 조건을 만족할 수 있다. 즉, 상기 조성식에서 0.12≤a/x≤3.75의 조건을 만족할 수 있다. 이와 동시에 또는 별도로 상기 조성식은 0.012≤b/x≤0.75의 조건을 만족할 수 있다. 이러한 조건들은 Sn, M1, M2에서 상술한 기능들을 고려하여 첨가제로서 도핑되는 상대적인 함량을 적절한 범위에서 설정한 것이다.In the present embodiment, the content of M1 and M2 may satisfy a specific condition compared to the content of Sn. That is, the condition of 0.12≤a/x≤3.75 in the composition formula may be satisfied. Simultaneously or separately, the composition formula may satisfy the condition of 0.012≤b/x≤0.75. These conditions are to set the relative content of doping as an additive in an appropriate range in consideration of the functions described above for Sn, M1, and M2.
상술한 성분들 외에 상기 유전체는 하나 이상의 부성분들을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 유전체는 Ba 1몰 대비 0.003몰 이상, 0.012몰 미만의 Al 성분을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 유전체는 Ba 1몰 대비 0.001몰 이상, 0.012몰 미만의 Mg 성분을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 유전체는 Ba 1몰 대비 0.03몰 이상의 Si 성분을 더 포함할 수 있다. 이러한 추가적인 부성분들의 경우 모재 분말에 첨가되거나 모재 분말에 코팅된 형태로 첨가될 수 있다.In addition to the above-described components, the dielectric may further include one or more subcomponents. Specifically, the dielectric may further include an Al component in an amount of 0.003 mol or more and less than 0.012 mol relative to 1 mol of Ba. In addition, the dielectric may further include an Mg component in an amount of 0.001 mol or more and less than 0.012 mol relative to 1 mol of Ba. In addition, the dielectric may further include 0.03 moles or more of Si components relative to 1 mole of Ba. In the case of these additional subcomponents, they may be added to the base material powder or may be added in the form of coatings on the base material powder.
한편, 적층형 커패시터에 적용된 유전체의 성분은 예컨대 다음의 방법으로 분석할 수 있다. 파괴 공법의 경우, 적층형 커패시터를 분쇄하고 내부 전극을 제거한 후 유전체 부분을 선별하며, 이렇게 선별된 유전체를 유도결합플라즈마 분광 분석기(ICP-OES), 유도결합플라즈마 질량 분석기(ICP-MS) 등의 장치를 이용하여 유전체의 성분을 분석할 수 있다. 그리고 비파괴 공법의 경우, TEM-EDS를 이용해 칩의 중앙부에서 유전체 그레인 내부의 성분을 분석할 수 있다. 여기서, Si 성분은 그레인 내부가 아닌 그레인 바운더리에서 측정할 수 있다.On the other hand, the component of the dielectric applied to the multilayer capacitor can be analyzed, for example, by the following method. In the case of the destructive method, the multilayer capacitor is crushed, the internal electrode is removed, the dielectric part is selected, and the selected dielectric is used in an inductively coupled plasma spectrometer (ICP-OES), inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS), etc. can be used to analyze the components of the genome. And in the case of the non-destructive method, it is possible to analyze the components inside the dielectric grain in the center of the chip using TEM-EDS. Here, the Si component may be measured at the grain boundary rather than the inside of the grain.
또한, 상술한 바와 같이, 상기 유전체를 사용하여 얻을 수 있는 내전압 특성 등의 향상 효과는 유전체층(111)과 내부 전극(121, 122)의 종래보다 얇은 경우에 두드러질 수 있다. 유전체층(111)의 두께는 500nm 이하일 수 있으며, 내부 전극(121, 122)의 두께는 400nm 이하일 수 있다. 여기서, 유전체층(111)의 두께는 내부 전극(121, 122) 사이에 배치되는 유전체층(111)의 평균 두께를 의미할 수 있다. 측정 기준의 일 예로서, 유전체층(111)의 평균 두께는 바디(110)의 제1 방향(X 방향) 및 제3 방향(Z 방향)의 단면을 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope)으로 이미지를 스캔하여 측정할 수 있다. 예를 들어, 바디(110)의 제2 방향(Y 방향)의 중앙부에서 절단한 제1 및 제3 방향의 단면을 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope)으로 스캔한 이미지에서 추출된 임의의 유전체층에 대해서, 제3 방향으로 등간격인 30개의 지점에서 그 두께를 측정하여 평균값을 측정할 수 있다. 상기 등간격인 30개의 지점에서 측정한 두께는 내부 전극(121, 122)이 서로 중첩되는 영역을 의미하는 용량 형성부에서 측정될 수 있다.Also, as described above, an effect of improving withstand voltage characteristics, etc. obtainable by using the dielectric material may be remarkable when the
이와 유사하게, 내부 전극(121, 122)의 두께는 평균 두께를 의미할 수 있다. 이 경우, 내부 전극(121, 122)의 평균 두께는 바디(110)의 제1 방향(X 방향) 및 제3 방향(Z 방향)의 단면을 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope)으로 이미지를 스캔하여 측정할 수 있다. 예를 들어, 바디(110)의 제2 방향(Y 방향)의 중앙부에서 절단한 제1 및 제3 방향의 단면을 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope)으로 스캔한 이미지에서 추출된 임의의 내부 전극(121, 122)에 대해서, 제3 방향으로 등간격인 30개의 지점에서 그 두께를 측정하여 평균값을 측정할 수 있다. 상기 등간격인 30개의 지점은 내부 전극(121, 122)이 서로 중첩되는 영역을 의미하는 용량 형성부에서 측정될 수 있다.Similarly, the thickness of the
복수의 내부 전극(121, 122)은 세라믹 그린 시트의 일면에 소정의 두께로 도전성 금속을 포함하는 페이스트를 인쇄한 후 이를 소결하는 방법 등으로 얻어질 수 있다. 이 경우, 복수의 내부 전극(121, 122)은 도 2에 도시된 형태와 같이, 바디(110)의 서로 대향하는 제3 방향(Z 방향)으로 노출된 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)을 포함할 수 있다. 여기서, 제3 방향(Z 방향)은 바디(110)의 액티브부(112)의 제1면(S1) 및 제2면(S2)가 서로 대향하는 방향을 제2 방향(Y 방향)이라 할 때 제1 방향(X 방향)과 제2 방향(Y 방향)에 수직한 방향일 수 있다. 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)은 서로 다른 외부 전극(131, 132)과 연결되어 구동 시 서로 다른 극성을 가질 수 있으며, 이들 사이에 배치된 유전체층(111)에 의해 서로 전기적으로 분리될 수 있다. 다만, 외부 전극(131, 132)의 개수나 내부 전극(121, 122)과의 연결 방식은 실시 형태에 따라 달라질 수 있을 것이다. 내부 전극(121, 122)을 이루는 주요 구성 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 은(Ag) 등을 예로 들 수 있으며, 이들의 합금도 사용할 수 있을 것이다. The plurality of
외부 전극(131, 132)은 바디(110)의 외부에 형성되며, 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)과 각각 접속된 제1 및 제2 외부 전극(131, 132)을 포함할 수 있다. 외부 전극(131, 132)은 도전성 금속을 포함하는 물질을 페이스트로 제조한 후 이를 바디(110)에 도포하는 방법 등으로 형성될 수 있으며, 도전성 금속의 예로서, 니켈(Ni), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 금(Au) 또는 이들의 합금을 들 수 있다. 여기에 외부 전극(131, 132)은 추가로 Ni, Sn 등을 포함하는 도금층을 포함할 수 있다.The
본 발명의 발명자들은 유전체들을 아래의 조성으로 제조하여 신뢰성 테스트를 하였다. 위에서는 Ba 1몰을 기준으로 한 것과 달리 아래 조성에서 각 원소의 함량은 Ba 100몰에 대한 몰비로 나타내었다. 그리고 각 샘플에 대하여 가속수명시험(HALT)을 한 결과를 기재하였다. The inventors of the present invention manufactured dielectrics with the following composition and conducted reliability tests. Unlike the above based on 1 mole of Ba, the content of each element in the composition below is expressed as a molar ratio with respect to 100 moles of Ba. And the results of the accelerated life test (HALT) for each sample were described.
위 실험 결과에 따르면, 본 실시 형태의 상술한 조성식을 만족하는 샘플들(#4-#7)은 HALT에서 양호한 결과를 보였다. 이러한 샘플들은 의도한 용량 조건을 만족할 뿐만 아니라 내전압 특성 등과 신뢰성이 우수하였다. 상기 샘플들은 희토류 원소로서 Dy를 사용하였고 Ba 100몰 대비 Dy가 0.6-1.2몰인 경우 신뢰성이 우수한 결과를 보였다. 다만, 상술한 바와 같이, 상기 유전체는 Dy 외에 다른 희토류 원소(예컨대, Tb, Eu, Ce, Sc, Y 등)를 추가로 포함할 수 있으며, 이 경우, 희토류 원소의 총량은 바람직한 조건으로서 Ba 100몰 대비 0.6-3.0몰일 수 있다. 실시 예에 따른 샘플들과 달리, 비교 예에 따른 나머지 샘플들의 경우, 본 발명의 Sn 함량 조건, 희토류 원소 함량 조건, 전이 금속 함량 조건 중 적어도 하나를 만족하지 않으며 HALT에서 내전압 특성이 상대적으로 낮은 결과를 보였다.According to the above experimental results, samples (#4-#7) satisfying the above-described compositional formula of the present embodiment showed good results in HALT. These samples not only satisfied the intended capacity condition, but also had excellent withstand voltage characteristics and reliability. In the samples, Dy was used as a rare earth element, and when Dy was 0.6-1.2 mol relative to 100 mol of Ba, excellent reliability was obtained. However, as described above, the dielectric may further include other rare earth elements (eg, Tb, Eu, Ce, Sc, Y, etc.) in addition to Dy. In this case, the total amount of the rare earth elements is
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이며, 이 또한 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, but by the appended claims. Accordingly, it will be apparent to those of ordinary skill in the art that various types of substitutions, modifications and changes are possible within the scope of the present invention described in the claims, and this is also included in the appended claims. It will be said to belong to the technical idea described in
100: 적층형 커패시터
110: 바디
111: 유전체층
121, 122: 내부 전극
131, 132: 외부전극
11, 12: 그레인
11a: 코어
11b: 쉘부100: multilayer capacitor
110: body
111: dielectric layer
121, 122: internal electrode
131, 132: external electrode
11, 12: grain
11a: core
11b: shell part
Claims (14)
상기 바디 외부에 형성되어 상기 내부 전극과 접속된 외부 전극;을 포함하며,
상기 복수의 유전체층은 BaM1aTi1-xSnxM2bO3 (0.008≤x≤0.05, 0.006≤a≤0.03, 0.0006≤b<0.006)의 조성식으로 표현되는 유전체를 포함하며, 여기서, M1은 희토류 원소를 포함하며, M2는 Mn 및 V 중 적어도 하나를 포함하는 적층형 커패시터.
a body including a plurality of dielectric layers and a plurality of internal electrodes stacked with the dielectric layers interposed therebetween; and
and an external electrode formed outside the body and connected to the internal electrode.
The plurality of dielectric layers includes a dielectric expressed by a compositional formula of BaM1 a Ti 1-x Sn x M2 b O 3 (0.008≤x≤0.05, 0.006≤a≤0.03, 0.0006≤b<0.006), where M1 is A multilayer capacitor comprising a rare earth element, and M2 comprises at least one of Mn and V.
상기 희토류 원소는 Dy를 포함하는 적층형 커패시터.
According to claim 1,
wherein the rare earth element includes Dy.
상기 유전체는 Ba 1몰 대비 Dy를 0.006-0.012몰 포함하는 적층형 커패시터.
3. The method of claim 2,
The dielectric is a multilayer capacitor comprising 0.006-0.012 moles of Dy compared to 1 mole of Ba.
상기 M2는 Mn 및 V를 모두 포함하며, 상기 유전체는 Ba 1몰 대비 Mn은 0.0003몰 이상, 0.0035몰 미만, V는 0.0003몰 이상, 0.0025몰 미만 포함하는 적층형 커패시터.
According to claim 1,
Wherein M2 includes both Mn and V, and the dielectric includes 0.0003 moles or more and less than 0.0035 moles of Mn relative to 1 mole of Ba, and V is 0.0003 moles or more and less than 0.0025 moles.
상기 유전체는 Ba 1몰 대비 0.003몰 이상, 0.012몰 미만의 Al 성분을 더 포함하는 적층형 커패시터.
According to claim 1,
The dielectric is a multilayer capacitor further comprising an Al component in an amount of 0.003 moles or more and 0.012 moles or more relative to 1 mole of Ba.
상기 유전체는 Ba 1몰 대비 0.001몰 이상, 0.012몰 미만의 Mg 성분을 더 포함하는 적층형 커패시터.
According to claim 1,
The dielectric is a multilayer capacitor further comprising an Mg component of 0.001 mole or more and less than 0.012 mole relative to 1 mole of Ba.
상기 유전체는 Ba 1몰 대비 0.03몰 이상의 Si 성분을 더 포함하는 적층형 커패시터.
According to claim 1,
The dielectric is a multilayer capacitor further comprising 0.03 moles or more of Si components relative to 1 mole of Ba.
상기 조성식은 0.12≤a/x≤3.75의 조건을 만족하는 적층형 커패시터.
According to claim 1,
The composition formula is a multilayer capacitor satisfying the condition of 0.12≤a/x≤3.75.
상기 조성식은 0.012≤b/x≤0.75의 조건을 만족하는 적층형 커패시터.
9. The method of claim 1 or 8,
The composition formula is a multilayer capacitor satisfying the condition of 0.012≤b/x≤0.75.
상기 조성식에서 Ti 대비 Ba 비율(Ba/Ti)은 1.010-1.050인 적층형 커패시터.
According to claim 1,
In the above formula, the ratio of Ba to Ti (Ba/Ti) is 1.010 to 1.050.
상기 복수의 유전체층에 포함된 그레인 중 적어도 하나는 코어 및 상기 코어를 커버하는 쉘부를 포함하는 코어-쉘 구조인 적층형 커패시터.
According to claim 1,
A multilayer capacitor having a core-shell structure, wherein at least one of the grains included in the plurality of dielectric layers includes a core and a shell part covering the core.
상기 쉘부는 상기 코어보다 Sn의 함량이 많은 적층형 커패시터.
12. The method of claim 11,
The shell portion is a multilayer capacitor having a greater Sn content than the core.
상기 유전체층의 평균 두께는 500nm 이하인 적층형 커패시터.
According to claim 1,
An average thickness of the dielectric layer is 500 nm or less.
상기 내부 전극의 평균 두께는 400nm 이하인 적층형 커패시터.
According to claim 1,
and an average thickness of the internal electrode is 400 nm or less.
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