KR20230025846A - 적층 세라믹 콘덴서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 용량 및 소결성을 손상시키지 않고 높은 신뢰성이 얻어지는 적층 세라믹 콘덴서를 제공한다. 적층 세라믹 콘덴서는, 적층부와, 사이드 마진부와, 접합부를 구비한다. 상기 적층부는, 제1 방향으로 적층된 복수의 세라믹층과, 상기 복수의 세라믹층의 사이에 배치되고, 니켈을 주성분으로 하는 복수의 내부 전극을 갖는다. 상기 사이드 마진부는, 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로부터 상기 적층부를 덮는다. 상기 접합부는, 상기 적층부와 상기 사이드 마진부와의 사이에 배치되고, 상기 복수의 세라믹층 및 상기 사이드 마진부보다도 마그네슘 농도가 높다.
Description
본 발명은, 사이드 마진부가 나중에 설치되는 적층 세라믹 콘덴서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
적층 세라믹 콘덴서의 제조 방법에 있어서 내부 전극의 주위를 보호하는 보호부(사이드 마진부)를 나중에 설치하는 기술이 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 측면에 내부 전극이 노출된 세라믹 소체를 제작하고, 이 세라믹 소체의 측면에 보호부를 설치하는 기술이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, Ni으로 형성된 내부 전극의 측면 근방의 영역에 산화 화합물을 생성함으로써, 내습성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.
보다 상세하게는, 특허문헌 2에 기재된 기술에서는, 소성 전의 측면측 갭부에 Mg 함유율이 높은 세라믹스를 사용한다. 이에 의해, 내부 전극의 측면 근방의 영역에서는, Ni가 측면측 갭부에서 유래하는 Mg와 함께 산화 화합물을 생성함으로써, 내부 전극과 측면측 갭부와의 경계부가 충전되어, 내습성이 향상된다.
소성 온도가 낮은 내부 전극이 배치되어 있지 않은 보호부에서는, 소결성이 낮아지기 쉽다. 소결성이 불충분한 보호부에서는, 박리 등의 문제가 발생하기 쉬워진다. 보호부에 있어서 소결성을 확보하기 위해서는, 소결성을 향상시키는 작용을 갖는 마그네슘을 보호부에 많이 포함시키는 것이 유효하다.
한편, 마그네슘은, 소성 시의 입자 성장을 저해하는 작용을 갖는다. 이 때문에, 내부 전극의 사이에 배치된 세라믹층에 마그네슘이 많이 포함되면, 세라믹층에서의 결정립이 미세해짐으로써, 용량이 저하되기 쉬워진다. 이 때문에, 세라믹층에서는, 마그네슘의 양이 많은 것은 바람직하지 않다.
이 점, 특허문헌 2에 기재된 기술에서는, 충분한 산화 화합물을 형성하면서 측면측 갭부의 소결성을 확보하기 위해서는, 측면측 갭부에서의 마그네슘의 양을 많게 할 필요가 있다. 그런데, 측면측 갭부에서의 마그네슘의 양이 많으면, 소성 시에 있어서의 세라믹층에의 마그네슘의 확산량이 많아지기 때문에, 용량이 저하되기 쉬워진다.
이상과 같은 사정을 감안하여, 본 발명의 목적은, 용량 및 소결성을 손상시키지 않고 높은 신뢰성이 얻어지는 적층 세라믹 콘덴서 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 형태에 관한 적층 세라믹 콘덴서는, 적층부와, 사이드 마진부와, 접합부를 구비한다.
상기 적층부는, 제1 방향으로 적층된 복수의 세라믹층과, 상기 복수의 세라믹층의 사이에 배치되고, 니켈을 주성분으로 하는 복수의 내부 전극을 갖는다.
상기 사이드 마진부는, 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로부터 상기 적층부를 덮는다.
상기 접합부는, 상기 적층부와 상기 사이드 마진부와의 사이에 배치되고, 상기 복수의 세라믹층 및 상기 사이드 마진부보다도 마그네슘 농도가 높다.
상기 복수의 내부 전극은, 상기 접합부에 인접하고, 니켈 및 마그네슘을 포함하는 산화 영역을 가져도 된다.
이 구성은, 소성 전의 접합부에서의 마그네슘 농도를 복수의 세라믹층 및 사이드 마진부보다도 높게 해 둠으로써 실현 가능하다.
이 적층 세라믹 콘덴서에서는, 소성 시에 접합부로부터 적층부에 마그네슘이 확산하기 때문에, 접합부에 인접하는 영역에 적확하게 마그네슘이 공급된다. 이 때문에, 복수의 내부 전극에 니켈 및 마그네슘을 포함하는 산화 영역이 효율적으로 형성된다. 이에 의해, 복수의 내부 전극간의 쇼트가 발생하기 어려워지기 때문에, 적층 세라믹 콘덴서의 신뢰성이 향상된다.
또한, 이 적층 세라믹 콘덴서에서는, 소성 시에 접합부로부터 사이드 마진부에도 마그네슘이 확산하기 때문에, 사이드 마진부에서의 마그네슘 농도가 높아진다. 또한, 사이드 마진부와 적층부와의 사이에 사이드 마진부보다도 마그네슘 농도가 높은 접합부가 배치되어 있기 때문에, 소성 시에 사이드 마진부로부터 적층부에의 마그네슘의 이동이 발생하기 어렵다. 따라서, 사이드 마진부에서의 높은 마그네슘 농도와, 적층부에서의 낮은 마그네슘 농도를 양립할 수 있다.
이와 같이, 이 적층 세라믹 콘덴서에서는, 용량 및 소결성을 손상시키지 않고 높은 신뢰성이 얻어진다.
상기 사이드 마진부의 상기 제2 방향의 중앙부에서는, 상기 복수의 세라믹층의 상기 제2 방향의 중앙부보다도 마그네슘 농도가 높아도 된다.
이 구성에서는, 사이드 마진부의 마그네슘 농도가 높기 때문에, 사이드 마진부에서의 양호한 소결성이 얻어진다. 또한, 복수의 세라믹층의 마그네슘 농도가 낮기 때문에, 대용량이 얻어진다.
상기 복수의 세라믹층 및 상기 사이드 마진부에서는, 상기 접합부를 향해서 마그네슘 농도가 높아져 있어도 된다.
본 발명의 일 형태에 관한 적층 세라믹 콘덴서의 제조 방법에서는, 제1 방향으로 적층된 복수의 세라믹층과, 상기 복수의 세라믹층의 사이에 배치된 복수의 내부 전극을 갖는 미소성의 적층 칩이 준비된다.
상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향을 향한 상기 적층 칩의 측면에, 사이드 마진부를, 상기 복수의 세라믹층 및 상기 사이드 마진부보다도 마그네슘 농도가 높은 접합부를 개재해서 설치함으로써 세라믹 소체가 제작된다.
상기 세라믹 소체가 소성된다.
용량 및 소결성을 손상시키지 않고 높은 신뢰성이 얻어지는 적층 세라믹 콘덴서 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 적층 세라믹 콘덴서의 사시도이다.
도 2는 상기 적층 세라믹 콘덴서의 도 1의 A-A'선을 따른 단면도이다.
도 3은 상기 적층 세라믹 콘덴서의 도 1의 B-B'선을 따른 단면도이다.
도 4는 상기 적층 세라믹 콘덴서의 세라믹 소체에서의 마그네슘 농도의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 5는 상기 적층 세라믹 콘덴서의 도 3의 영역 P를 확대해서 도시하는 부분 단면도이다.
도 6은 상기 적층 세라믹 콘덴서의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 상기 적층 세라믹 콘덴서의 제조 과정을 도시하는 평면도이다.
도 8은 상기 적층 세라믹 콘덴서의 제조 과정을 도시하는 사시도이다.
도 9는 상기 적층 세라믹 콘덴서의 제조 과정을 도시하는 평면도이다.
도 10은 상기 적층 세라믹 콘덴서의 제조 과정을 도시하는 사시도이다.
도 11은 상기 적층 세라믹 콘덴서의 제조 과정을 도시하는 사시도이다.
도 12는 상기 적층 세라믹 콘덴서의 제조 과정에서의 마그네슘의 확산 거동을 도시하는 부분 단면도이다.
도 13은 상기 실시 형태의 실시예에 관한 적층 세라믹 콘덴서의 세라믹 소체에서의 마그네슘 농도의 분포의 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 상기 적층 세라믹 콘덴서의 도 1의 A-A'선을 따른 단면도이다.
도 3은 상기 적층 세라믹 콘덴서의 도 1의 B-B'선을 따른 단면도이다.
도 4는 상기 적층 세라믹 콘덴서의 세라믹 소체에서의 마그네슘 농도의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 5는 상기 적층 세라믹 콘덴서의 도 3의 영역 P를 확대해서 도시하는 부분 단면도이다.
도 6은 상기 적층 세라믹 콘덴서의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 상기 적층 세라믹 콘덴서의 제조 과정을 도시하는 평면도이다.
도 8은 상기 적층 세라믹 콘덴서의 제조 과정을 도시하는 사시도이다.
도 9는 상기 적층 세라믹 콘덴서의 제조 과정을 도시하는 평면도이다.
도 10은 상기 적층 세라믹 콘덴서의 제조 과정을 도시하는 사시도이다.
도 11은 상기 적층 세라믹 콘덴서의 제조 과정을 도시하는 사시도이다.
도 12는 상기 적층 세라믹 콘덴서의 제조 과정에서의 마그네슘의 확산 거동을 도시하는 부분 단면도이다.
도 13은 상기 실시 형태의 실시예에 관한 적층 세라믹 콘덴서의 세라믹 소체에서의 마그네슘 농도의 분포의 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태를 설명한다.
도면에는, 적절히 서로 직교하는 X축, Y축 및 Z축이 도시되어 있다. X축, Y축 및 Z축은 전체 도면에서 공통이다.
1. 적층 세라믹 콘덴서(10)의 전체 구성
도 1 내지 3은, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 적층 세라믹 콘덴서(10)를 도시하는 도면이다. 도 1은, 적층 세라믹 콘덴서(10)의 사시도이다. 도 2는, 적층 세라믹 콘덴서(10)의 도 1의 A-A'선을 따른 단면도이다. 도 3은, 적층 세라믹 콘덴서(10)의 도 1의 B-B'선을 따른 단면도이다.
적층 세라믹 콘덴서(10)는, 세라믹 소체(11)와, 제1 외부 전극(14)과, 제2 외부 전극(15)을 구비한다. 세라믹 소체(11)는, 전형적으로는, X축 방향을 향한 2개의 단부면과, Y축 방향을 향한 2개의 측면과, Z축 방향을 향한 2개의 주면을 갖는다. 세라믹 소체(11)의 각 면을 접속하는 모서리부는 모따기되어 있다.
또한, 세라믹 소체(11)의 형상은, 상기의 것에 한정되지 않는다. 즉, 세라믹 소체(11)는, 도 1 내지 3에 도시한 바와 같은 직육면체 형상이 아니어도 된다. 예를 들어, 세라믹 소체(11)의 각 면은 곡면이어도 되고, 세라믹 소체(11)는 전체적으로 둥그스름한 형상이어도 된다.
외부 전극(14, 15)은, 세라믹 소체(11)의 X축 방향 양 단부면을 덮고, X축 방향 양 단부면에 접속하는 4개의 면(2개의 주면 및 2개의 측면)에 연장 돌출되어 있다. 이에 의해, 외부 전극(14, 15)의 어느 것에 있어서도, X-Z 평면에 평행한 단면 및 X-Y 평면에 평행한 단면의 형상이 U자 형상으로 되어 있다.
세라믹 소체(11)는, 적층부(16)와, 사이드 마진부(17)와, 접합부(18)를 갖는다. 사이드 마진부(17)는, 적층부(16)의 Y축 방향을 향한 양측면의 전체 영역을 각각 덮고 있다. 접합부(18)는, 적층부(16)와 사이드 마진부(17)와의 사이에 배치되어, 적층부(16)와 사이드 마진부(17)를 접합하고 있다.
적층부(16)는, 용량 형성부(19)와, 커버부(20)를 갖는다. 커버부(20)는, 용량 형성부(19)의 Z축 방향 상하면을 각각 덮고 있다. 용량 형성부(19)는, 복수의 세라믹층(21)과, 복수의 제1 내부 전극(12)과, 복수의 제2 내부 전극(13)을 갖는다. 커버부(20)에는, 내부 전극(12, 13)이 설치되어 있지 않다.
내부 전극(12, 13)은, 니켈(Ni)을 주성분으로 하고, 복수의 세라믹층(21)의 사이에, Z축 방향을 따라서 교대로 배치되어 있다. 제1 내부 전극(12)은, 제1 외부 전극(14)에 접속되고, 제2 외부 전극(15)으로부터 이격되어 있다. 제2 내부 전극(13)은, 제2 외부 전극(15)에 접속되고, 제1 외부 전극(14)으로부터 이격되어 있다.
이와 같이, 세라믹 소체(11)에서는, 용량 형성부(19)에서의 외부 전극(14, 15)이 설치된 X축 방향 양 단부면 이외의 면이 사이드 마진부(17) 및 커버부(20)에 의해 덮여 있다. 사이드 마진부(17) 및 커버부(20)는, 주로, 용량 형성부(19)의 주위를 보호하여, 내부 전극(12, 13)의 절연성을 확보하는 기능을 갖는다.
용량 형성부(19)에서의 내부 전극(12, 13) 사이의 세라믹층(21)은, 유전체 세라믹스에 의해 형성되어 있다. 적층 세라믹 콘덴서(10)에서는, 용량 형성부(19)에서의 용량을 크게 하기 위해서, 세라믹층(21)을 구성하는 유전체 세라믹스로서 고유전율의 것이 사용된다.
보다 구체적으로, 적층 세라믹 콘덴서(10)에서는, 세라믹층(21)을 구성하는 고유전율의 유전체 세라믹스로서, 티타늄산바륨(BaTiO3)계 재료의 다결정체, 즉 바륨(Ba) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 페로브스카이트 구조의 다결정체를 사용한다. 이에 의해, 적층 세라믹 콘덴서(10)에서는 대용량이 얻어진다.
또한, 세라믹층(21)은, 티타늄산스트론튬(SrTiO3)계, 티타늄산칼슘(CaTiO3)계, 티타늄산마그네슘(MgTiO3)계, 지르콘산칼슘(CaZrO3)계, 티타늄산지르콘산칼슘(Ca(Zr,Ti)O3)계, 지르콘산바륨(BaZrO3)계, 산화티타늄(TiO2)계 등으로 구성해도 된다.
사이드 마진부(17), 접합부(18) 및 커버부(20)도, 유전체 세라믹스에 의해 형성되어 있다. 사이드 마진부(17), 접합부(18) 및 커버부(20)를 형성하는 재료는, 절연성 세라믹스이면 되지만, 세라믹층(21)과 마찬가지의 유전체 세라믹스를 사용함으로써 세라믹 소체(11)에서의 내부 응력이 억제된다.
상기의 구성에 의해, 적층 세라믹 콘덴서(10)에서는, 제1 외부 전극(14)과 제2 외부 전극(15)과의 사이에 전압이 인가되면, 제1 내부 전극(12)과 제2 내부 전극(13)과의 사이의 복수의 세라믹층(21)에 전압이 가해진다. 이에 의해, 적층 세라믹 콘덴서(10)에서는, 제1 외부 전극(14)과 제2 외부 전극(15)과의 사이의 전압에 따른 전하가 축적된다.
또한, 본 실시 형태에 따른 적층 세라믹 콘덴서(10)의 구성은, 도 1 내지 3에 나타내는 구성에 한정되지 않고, 적절히 변경 가능하다. 예를 들어, 내부 전극(12, 13)의 매수나 세라믹층(21)의 두께는, 적층 세라믹 콘덴서(10)에 요구되는 사이즈나 성능에 따라 적절히 결정 가능하다.
2. 세라믹 소체(11)의 상세
도 4는, 세라믹 소체(11)의 Y-Z 평면에 평행한 단면에서의 Y축 방향을 따른 마그네슘(Mg) 농도의 분포를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 4에서는, 적층부(16)에서의 마그네슘 농도로서, 세라믹층(21)의 Z축 방향 중앙부에서의 마그네슘 농도를 나타내고 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 세라믹 소체(11)에서의 Y축 방향을 따른 마그네슘 농도의 분포는, 접합부(18)에 있어서 피크를 가지고 있다. 즉, 세라믹 소체(11)에서는, 접합부(18)에 있어서 세라믹층(21) 및 사이드 마진부(17)보다도 마그네슘 농도가 높게 되어 있다.
보다 상세하게는, 세라믹층(21)은, 오목 형상의 마그네슘 농도의 분포를 갖는다. 즉, 세라믹층(21)의 마그네슘 농도는, Y축 방향의 중앙부로부터 접합부(18)를 향해서 상승하고 있다. 따라서, 세라믹층(21)에서는, Y축 방향의 중앙부에서 마그네슘 농도가 낮고, 접합부(18)에 인접하는 영역에서 마그네슘 농도가 높다.
마그네슘은, 소성 시에 세라믹층(21)의 입자 성장을 억제하는 작용을 갖는다. 이 때문에, 세라믹층(21)에서는, 마그네슘 농도가 낮은 Y축 방향의 중앙부에서 큰 결정립이 얻어지기 쉽다. 이에 의해, 각 세라믹층(21)에서의 비유전율(ε)이 커지기 때문에, 적층 세라믹 콘덴서(10)에서는 용량이 확보되기 쉽다.
또한, 적층부(16)에서는, 내부 전극(12, 13) 사이의 쇼트가 발생하기 쉬운 접합부(18)에 인접하는 영역에서, 세라믹층(21)의 마그네슘 농도가 높아, 세라믹층(21)의 결정립이 작게 유지된다. 이에 의해, 내부 전극(12, 13) 사이에서의 높은 절연성이 얻어지기 때문에, 적층 세라믹 콘덴서(10)의 신뢰성이 향상된다.
도 5는, 세라믹 소체(11)의 도 3의 일점 쇄선으로 둘러싼 영역 P를 확대해서 도시하는 부분 단면도이다. 내부 전극(12, 13)의 접합부(18)에 인접하는 영역에는, 도전성이 낮은 산화 영역(12a, 13a)이 형성되어 있다. 산화 영역(12a, 13a)은, 니켈 및 마그네슘을 포함하고, 전형적으로는 니켈 및 마그네슘을 포함하는 3원 산화물을 포함한다.
이 구성에 의해, 적층 세라믹 콘덴서(10)의 제조 과정에서, 적층부(16)의 Y축 방향을 향한 측면에 도전성의 이물이 부착된 경우나, 적층부(16)의 변형에 의해 산화 영역(12a, 13a)끼리 근접 또는 접촉했을 경우에도, 내부 전극(12, 13) 사이의 쇼트가 발생하기 어렵다. 이에 의해, 적층 세라믹 콘덴서(10)의 신뢰성이 더욱 향상된다.
또한, 마그네슘은, 유전체 세라믹스의 소결성을 향상시키는 작용을 갖는다. 이 때문에, 세라믹층(21)보다도 소결성이 확보되기 어려운 사이드 마진부(17)에서는, 세라믹층(21)보다도 마그네슘 농도를 높게 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 사이드 마진부(17)의 적층부(16)로부터의 박리 등의 불량을 방지할 수 있다.
세라믹층(21) 및 사이드 마진부(17)의 마그네슘 농도는, 예를 들어 Y축 방향의 중앙부에서 비교할 수 있다. 즉, 사이드 마진부(17)의 Y축 방향의 중앙부의 마그네슘 농도를, 세라믹층(21)의 Y축 방향의 중앙부의 마그네슘 농도보다도 높게 할 수 있다.
또한, 사이드 마진부(17)에서는, Y축 방향 외측일수록 소성 시에 열이 가해지기 쉽기 때문에, 소결성이 확보되기 쉽다. 이 때문에, 도 4에 도시한 바와 같이, 사이드 마진부(17)에서는, 접합부(18)로부터 Y축 방향 외측을 향해서 마그네슘 농도가 낮아져 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 마그네슘의 사용량을 억제할 수 있다.
3. 적층 세라믹 콘덴서(10)의 제조 방법
도 6은, 적층 세라믹 콘덴서(10)의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 7 내지 12는, 적층 세라믹 콘덴서(10)의 제조 과정을 도시하는 도면이다. 이하, 적층 세라믹 콘덴서(10)의 제조 방법에 대해서, 도 6에 따라, 도 7 내지 12를 적절히 참조하면서 설명한다.
3.1 스텝 S01: 세라믹 시트 준비
스텝 S01에서는, 용량 형성부(19)를 형성하기 위한 제1 세라믹 시트(101) 및 제2 세라믹 시트(102)와, 커버부(20)를 형성하기 위한 제3 세라믹 시트(103)를 준비한다. 세라믹 시트(101, 102, 103)는, 유전체 세라믹스를 주성분으로 하는 미소성의 유전체 그린 시트로서 구성된다.
세라믹 시트(101, 102, 103)는, 예를 들어 롤 코터나 닥터 블레이드 등을 사용해서 시트 형상으로 성형된다. 세라믹 시트(101, 102)에는, 마그네슘이 포함되어 있는 것은 필수적이지 않지만, 필요에 따라 소량의 마그네슘이 포함되어 있어도 된다.
도 7은, 세라믹 시트(101, 102, 103)의 평면도이다. 이 단계에서는, 세라믹 시트(101, 102, 103)가, 개편화되어 있지 않은 대판의 시트로서 구성된다. 도 7에는, 각 적층 세라믹 콘덴서(10)마다 개편화할 때의 절단선(Lx, Ly)이 도시되어 있다. 절단선(Lx)은 X축에 평행하고, 절단선(Ly)은 Y축에 평행하다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 제1 세라믹 시트(101)에는 제1 내부 전극(12)에 대응하는 미소성의 제1 내부 전극(112)이 형성되고, 제2 세라믹 시트(102)에는 제2 내부 전극(13)에 대응하는 미소성의 제2 내부 전극(113)이 형성되어 있다. 또한, 커버부(20)에 대응하는 제3 세라믹 시트(103)에는 내부 전극이 형성되어 있지 않다.
내부 전극(112, 113)은, 임의의 도전성 페이스트를 세라믹 시트(101, 102)에 도포함으로써 형성할 수 있다. 도전성 페이스트의 도포 방법은, 공지된 기술로부터 임의로 선택 가능하다. 예를 들어, 도전성 페이스트의 도포에는, 스크린 인쇄법이나 그라비아 인쇄법을 사용할 수 있다.
내부 전극(112, 113)에는, 절단선(Ly)을 따른 X축 방향의 간극이, 절단선(Ly) 1개 간격으로 형성되어 있다. 제1 내부 전극(112)의 간극과 제2 내부 전극(113)의 간극은 X축 방향으로 번갈아 배치되어 있다. 즉, 제1 내부 전극(112)의 간극을 지나는 절단선(Ly)과 제2 내부 전극(113)의 간극을 지나는 절단선(Ly)이 교대로 배열되어 있다.
3.2 스텝 S02: 적층
스텝 S02에서는, 스텝 S01에서 준비한 세라믹 시트(101, 102, 103)를, 도 8에 도시하는 바와 같이 적층함으로써 적층 시트(104)를 제작한다. 적층 시트(104)에서는, 용량 형성부(19)에 대응하는 제1 세라믹 시트(101) 및 제2 세라믹 시트(102)가 Z축 방향으로 교대로 적층되어 있다.
또한, 적층 시트(104)에서는, 교대로 적층된 세라믹 시트(101, 102)의 Z축 방향 상하면에 커버부(20)에 대응하는 제3 세라믹 시트(103)가 적층된다. 또한, 도 8에 나타내는 예에서는, 제3 세라믹 시트(103)가 각각 3매씩 적층되어 있지만, 제3 세라믹 시트(103)의 매수는 적절히 변경 가능하다.
적층 시트(104)는, 세라믹 시트(101, 102, 103)를 압착함으로써 일체화된다. 세라믹 시트(101, 102, 103)의 압착에는, 예를 들어 정수압 가압이나 1축 가압 등을 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 적층 시트(104)를 고밀도화하는 것이 가능하다.
3.3 스텝 S03: 절단
스텝 S03에서는, 스텝 S02에서 얻어진 적층 시트(104)를, 도 9에 도시하는 바와 같이 절단선(Lx, Ly)을 따라 절단함으로써, 미소성의 적층 칩(116)을 제작한다. 적층 칩(116)은, 소성 후의 적층부(16)에 대응한다. 적층 시트(104)의 절단에는, 예를 들어 회전 날이나 압박 절단 날 등을 사용할 수 있다.
보다 상세하게는, 적층 시트(104)는, 유지 부재(C)에 의해 유지된 상태에서, 절단선(Lx, Ly)을 따라 절단된다. 이에 의해, 적층 시트(104)가 개편화되어, 적층 칩(116)이 얻어진다. 이때, 유지 부재(C)는 절단되지 않고, 각 적층 칩(116)은 유지 부재(C)에 의해 접속되어 있다.
도 10은, 스텝 S03에서 얻어지는 적층 칩(116)의 사시도이다. 적층 칩(116)에는, 용량 형성부(119) 및 커버부(120)가 형성되어 있다. 적층 칩(116)에서는, 절단면인 Y축 방향을 향한 양측면에 내부 전극(112, 113)이 노출되어 있다. 내부 전극(112, 113)의 사이에는 세라믹층(121)이 형성되어 있다.
3. 4 스텝 S04: 사이드 마진부 형성
스텝 S04에서는, 스텝 S03에서 얻어진 적층 칩(116)에서의 내부 전극(112, 113)이 노출된 측면에, 미소성의 접합부(118)를 개재해서 미소성의 사이드 마진부(117)를 설치함으로써, 미소성의 세라믹 소체(111)를 제작한다. 사이드 마진부(117)는, 세라믹 시트로 형성된다.
스텝 S04에서는, 스텝 S03에서의 적층 칩(116)의 절단면인 Y축 방향을 향한 양측면에 사이드 마진부(117)가 설치된다. 이 때문에, 스텝 S04에서는, 미리 유지 부재(C)로부터 적층 칩(116)을 박리하고, 적층 칩(116)의 방향을 90도 회전시켜 두는 것이 바람직하다.
접합부(118)에서는, 세라믹층(121)을 구성하는 세라믹 시트(101, 102) 및 사이드 마진부(117)를 구성하는 세라믹 시트보다도 마그네슘 농도가 높다. 이에 의해, 접합부(118)는, 소성 시에, 적층 칩(116) 및 사이드 마진부(117)에 대한 마그네슘의 공급원으로서 기능한다.
사이드 마진부(117)를 형성하는 세라믹 시트는, 소성 시에 접합부(118)로부터 공급되는 마그네슘만으로는 충분한 소결성이 얻어지지 않는 경우에는, 미리 소정량의 마그네슘을 포함하고 있어도 된다. 사이드 마진부(117)의 마그네슘 농도는, 접합부(118)보다도 낮은 범위 내에서 적절히 결정 가능하다.
또한, 접합부(118)는, 적층 칩(116)과 사이드 마진부(117)를 양호하게 결합하여, 소성 시에 적층 칩(116) 및 사이드 마진부(117)에서의 크랙이나 박리 등의 발생을 방지하는 기능을 갖는다. 이 기능을 실현하기 위한 접합부(118)의 구성의 구체예에 대해서는 다음 항(스텝 S05)에서 설명한다.
3.5 스텝 S05: 소성
스텝 S05에서는, 스텝 S04에서 얻어진 미소성의 세라믹 소체(111)를 소결시킴으로써, 도 1 내지 3에 나타내는 적층 세라믹 콘덴서(10)의 세라믹 소체(11)를 제작한다. 즉, 스텝 S05에 의해, 적층 칩(116)이 적층부(16)가 되고, 사이드 마진부(117)가 사이드 마진부(17)가 되고, 접합부(118)가 접합부(18)가 된다.
스텝 S05에서의 소성 온도는, 세라믹 소체(111)의 소결 온도에 기초하여 결정 가능하다. 예를 들어, 유전체 세라믹스로서 티타늄산바륨계 재료를 사용하는 경우에는, 소성 온도를 1000 내지 1300℃ 정도로 할 수 있다. 또한, 소성은, 예를 들어 환원 분위기 하에서, 또는 저산소 분압 분위기 하에서 행할 수 있다.
도 12는, 소성 시에 있어서의 마그네슘의 확산 거동을 도시하는 부분 단면도이다. 도 12에 도시하는 바와 같이 접합부(118)에 포함되는 마그네슘이, 적층 칩(116) 및 사이드 마진부(117)의 양쪽으로 확산한다. 이에 의해, 소성 후의 세라믹 소체(11)에서는, 도 4에 도시한 바와 같은 특징적인 마그네슘 농도의 분포가 얻어진다.
또한, 도 12에 도시하는 바와 같이, 소성 시에는, 접합부(118)에 포함되는 마그네슘이 내부 전극(112, 113)의 Y축 방향의 단부에 공급되고, 내부 전극(112, 113)을 구성하는 니켈이 마그네슘 및 산소를 포함하면서 산화 영역(12a, 13a)이 형성된다. 산화 영역(12a, 13a)은, 소성 중에 Y축 방향 중앙부를 향해서 성장한다.
이와 같이, 접합부(118)의 마그네슘 농도를 높게 함으로써, 내부 전극(112, 113)에서의 산화 영역(12a, 13a)을 형성하는 영역에 적확하게 마그네슘을 공급할 수 있다. 이에 의해, 내부 전극(112, 113)에 효율적이면서 또한 확실하게 산화 영역(12a, 13a)을 형성할 수 있다.
또한, 접합부(118)의 마그네슘 농도가 사이드 마진부(117) 및 세라믹층(121)보다도 높기 때문에, 사이드 마진부(117)로부터 세라믹층(121)에의 마그네슘의 이동이 발생하기 어렵다. 즉, 접합부(118)가, 사이드 마진부(117)로부터 세라믹층(121)에의 마그네슘의 이동을 방해하는 배리어층으로서 기능한다.
이에 의해, 사이드 마진부(117)에 세라믹층(121)보다도 마그네슘이 많이 포함되는 경우에도, 사이드 마진부(117)에 포함되는 마그네슘이 세라믹층(121)에 확산하는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 사이드 마진부(117)에 있어서, 마그네슘 농도가 유지되기 때문에, 소결성을 확보할 수 있다.
또한, 사이드 마진부(117)로부터 세라믹층(121)에 다량의 마그네슘이 확산하는 것을 방지할 수 있기 때문에, 세라믹층(21)에서의 비유전율(ε)의 저하를 억제할 수 있다. 이 때문에, 이 제조 방법에 의해 얻어지는 적층 세라믹 콘덴서(10)에서는 용량을 확보할 수 있다.
상기한 바와 같이 접합부(118)는, 적층 칩(116)과 사이드 마진부(117)를 양호하게 결합하여, 소성 시에 사이드 마진부(117)가 적층 칩(116)으로부터 박리하는 것을 방지하는 기능을 갖는다. 이 기능을 실현하기 위한 접합부(118)의 구성은, 특정한 것에 한정되지 않는다. 이하, 접합부(118)의 구성의 구체예에 대해서 설명한다.
접합부(118)는, 적층 칩(116) 및 사이드 마진부(117)보다도 평균 입경이 작은 유전체 세라믹스를 사용한 구성으로 할 수 있다. 이에 의해, 접합부(118)가 적층 칩(116) 및 사이드 마진부(117)의 미세한 요철 형상에 침입되어, 접합부(118)의 적층 칩(116) 및 사이드 마진부(117)에 대한 밀착성이 향상된다.
또한, 평균 입경이 작은 유전체 세라믹스를 포함하는 접합부(118)에서는, 소성 시에 유연하게 변형 가능하기 때문에, 적층 칩(116)과 사이드 마진부(117)와의 사이의 수축 거동의 차를 완화할 수 있다. 이에 의해, 적층 칩(116) 및 사이드 마진부(117)에서의 크랙이나 박리 등의 발생을 방지할 수 있다.
적층 칩(116), 사이드 마진부(117), 및 접합부(118)를 구성하는 유전체 세라믹스의 평균 입경은 적절히 결정 가능하다. 일례로서, 적층 칩(116) 및 사이드 마진부(117)를 구성하는 유전체 세라믹스의 평균 입경을 수백 nm로 하고, 접합부(118)를 구성하는 유전체 세라믹스의 평균 입경을 수십 nm로 할 수 있다.
또한, 접합부(118)에 규소를 함유시킴으로써도, 소성 시에 있어서의 적층 칩(116)과 사이드 마진부(117)와의 사이의 수축 거동의 차를 완화할 수 있다. 즉, 이 구성의 접합부(118)에서는, 소성 시에 규소가 주위의 성분을 포함하면서 용융 상을 생성하기 때문에, 유연하게 변형 가능하게 된다.
3.6 스텝 S06: 외부 전극 형성
스텝 S06에서는, 스텝 S05에서 얻어진 세라믹 소체(11)에 외부 전극(14, 15)을 형성함으로써, 도 1 내지 3에 나타내는 적층 세라믹 콘덴서(10)를 제작한다. 스텝 S06에서는, 예를 들어 세라믹 소체(11)의 X축 방향 단부면에, 외부 전극(14, 15)을 구성하는 하지막, 중간막, 및 표면막을 형성한다.
보다 상세하게는, 스텝 S06에서는, 먼저, 세라믹 소체(11)의 X축 방향 양 단부면을 덮도록 미소성의 전극 재료를 도포한다. 도포된 미소성의 전극 재료를, 예를 들어 환원 분위기 하에서, 또는 저산소 분압 분위기 하에서 베이킹을 행함으로써, 세라믹 소체(11)에 외부 전극(14, 15)의 하지막이 형성된다.
그리고, 세라믹 소체(11)에 베이킹된 외부 전극(14, 15)의 하지막 상에 외부 전극(14, 15)의 중간막이 형성되고, 또한 외부 전극(14, 15)의 표면막이 형성된다. 외부 전극(14, 15)의 중간막 및 하지막의 형성에는, 예를 들어 전해 도금 등의 도금 처리를 사용할 수 있다.
또한, 상기 스텝 S06에서의 처리의 일부를, 스텝 S05 전에 행해도 된다. 예를 들어, 스텝 S05 전에 미소성의 세라믹 소체(111)의 X축 방향 양 단부면에 미소성의 전극 재료를 도포해도 된다. 이에 의해, 스텝 S05에서, 미소성의 세라믹 소체(111)의 소성과 전극 재료의 베이킹을 동시에 행할 수 있다.
4. 실시예
4.1 샘플의 제작
본 실시 형태의 실시예로서, 상기의 제조 방법을 사용해서 적층 세라믹 콘덴서(10)의 샘플을 제작하였다. 이 샘플에서는, X축 방향의 치수를 1mm로 하고, Y축 방향 및 Z축 방향의 치수를 0.5mm로 하였다. 또한, 이 샘플에서는, 유전체 세라믹스로서 티타늄산바륨계 재료를 사용하였다.
본 실시예에 관한 샘플의 세라믹 소체(11)에서의 Y-Z 평면에 평행한 단면에 대해서, 마그네슘 농도의 분석을 행하였다. 마그네슘 농도의 분석에는, 레이저 어블레이션 ICP 질량 분석법(LA-ICP-MS: Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)을 사용하였다.
레이저 어블레이션 ICP 질량 분석법에서는, 세라믹 소체(11)의 단면의 미소 영역에 있는 유전체 세라믹스를 증발·미립자화하고, 또한 이온화함으로써 생성된 이온을 질량 분석계로 측정한다. 이에 의해, 세라믹 소체(11)의 단면에서의 미소 영역의 조성을 분석할 수 있다.
본 실시예에서는, 마그네슘 농도의 분석에, 천연 동위체비로 78.70％를 차지하는 24Mg를 사용하였다. 또한, 마그네슘 농도의 기준으로서는, 유전체 세라믹스에 많이 포함되는 티타늄의 동위체인 47Ti를 사용하였다.
본 실시예에서는, 사이드 마진부(17), 접합부(18) 및 적층부(16)에 대해서 Y축 방향으로 15㎛ 간격으로 마그네슘 농도의 분석을 행하였다. 적층부(16)에서의 마그네슘 농도의 분석은, 세라믹층(21)의 Z축 방향 중앙부를 중심으로 하는 미소 영역에서 행하였다.
도 13은, 본 실시예에 관한 샘플의 세라믹 소체(11)의 Y-Z 평면에 평행한 단면에서의 Y축 방향을 따른 마그네슘 농도의 분포를 나타내는 그래프이다. 도 13의 횡축은, 세라믹 소체(11)에서의 Y축 방향의 위치를 나타내고 있다.
보다 상세하게는, 도 13의 횡축에서는, 접합부(18)의 Y축 방향의 중앙부를 「0」으로 하고, 사이드 마진부(17)의 위치를 마이너스 영역으로 나타내고, 적층부(16)의 위치를 플러스 영역으로 나타내고 있다. 즉, 도 13의 횡축은, 접합부(18)의 Y축 방향의 중앙부로부터의 거리를 나타내고 있다.
도 13의 종축은, 사이드 마진부(17), 접합부(18) 및 적층부(16)의 각 위치에서의 마그네슘 농도를 나타내고 있다. 도 13에서는, 적층부(16)에서의 Y축 방향 105㎛의 위치의 마그네슘 농도를 1로 하고, 각 위치에서의 마그네슘 농도를 규격화해서 나타내고 있다. 따라서, 도 13의 종축은 임의 단위이다.
도 13에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 관한 샘플의 적층부(16) 및 사이드 마진부(17)에서는, 접합부(18)를 향해서 마그네슘 농도가 높아지고 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 상기의 제조 방법을 사용함으로써, 적층 세라믹 콘덴서(10)의 세라믹 소체(11)에서의 도 4에 도시한 바와 같은 마그네슘 농도의 분포를 실현할 수 있는 것이 확인되었다.
4.2 샘플의 평가
소성 전의 접합부(118)에서의 마그네슘 농도가 상이한 조건에서 제작한 샘플 1 내지 4에 대해서 쇼트율의 평가를 행하였다.
접합부(118)에서의 마그네슘 농도는, 샘플 1에서는 0atm％로 하고, 샘플 2에서는 0.95atm％로 하고, 샘플 3에서는 4.75atm％로 하고, 샘플 4에서는 9.5atm％로 하였다. 즉, 접합부(118)에 마그네슘이 포함되어 있지 않은 샘플 1은 본 실시 형태의 비교예이며, 샘플 2 내지 4는 본 실시 형태의 실시예이다. 또한, 농도(atm％)는, 접합부(118)에 사용되는 유전체 세라믹스에 있어서, 화학식 ABO3로 표현되는 페로브스카이트 구조를 갖는 주성분 세라믹스의 B 사이트를 100atm％로 한 경우의 농도이다.
쇼트율의 평가는, LCR 미터를 사용하고, Osc(Oscillation level)가 0.5V이며, 주파수가 1kHz인 전압을 인가하는 조건 하에서 행하였다. 각 200개의 샘플 1 내지 4에 대해서 평가를 행하고, 샘플 1 내지 4에 대해서 200개 중 쇼트가 발생한 것의 개수의 비율을 쇼트율로 하였다.
그 결과, 비교예에 관한 샘플 1에서는 쇼트율이 50％이었다. 샘플 1에서는, 접합부(18)에 마그네슘이 포함되어 있지 않기 때문에, 내부 전극(12, 13)에 충분한 산화 영역(12a, 13a)이 형성되지 않아, 내부 전극(12, 13) 사이의 쇼트가 발생하기 쉬워져 있는 것으로 생각된다.
한편, 샘플 2에서는 쇼트율이 10％이며, 샘플 3에서는 쇼트율이 7％이며, 샘플 4에서는 쇼트율이 3％이었다. 즉, 실시예에 관한 샘플 2 내지 4에서는 모두, 쇼트율이 10％ 이내로 수렴되어 있어, 높은 신뢰성이 얻어지는 것이 확인되었다.
또한, 샘플 2 내지 4에 대해서 용량의 평가를 행한 결과, 샘플 2 내지 4에서는 모두 용량을 충분히 얻을 수 있었다. 단, 적층 세라믹 콘덴서(10)에서 대용량을 얻기 위해서는, 접합부(118)에서의 마그네슘 농도를 9.5atm％ 이하에 머무르게 하는 것이 바람직한 것이 확인되었다.
5. 그 밖의 실시 형태
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에만 한정되는 것은 아니며, 다양한 변경을 가할 수 있음은 물론이다.
예를 들어, 적층 세라믹 콘덴서(10)에서는, 용량 형성부(19)가 Z축 방향으로 복수로 분할해서 설치되어 있어도 된다. 이 경우, 각 용량 형성부(19)에 있어서 내부 전극(12, 13)이 Z축 방향을 따라서 교대로 배치되어 있으면 되며, 용량 형성부(19)가 전환되는 부분에서 제1 내부 전극(12) 또는 제2 내부 전극(13)이 연속해서 배치되어 있어도 된다.
10 : 적층 세라믹 콘덴서
11 : 세라믹 소체
12, 13 : 내부 전극 14, 15 : 외부 전극
16 : 적층부 17 : 사이드 마진부
19 : 용량 형성부 20 : 커버부
21 : 세라믹층
12, 13 : 내부 전극 14, 15 : 외부 전극
16 : 적층부 17 : 사이드 마진부
19 : 용량 형성부 20 : 커버부
21 : 세라믹층
Claims (5)
- 제1 방향으로 적층된 복수의 세라믹층과, 상기 복수의 세라믹층의 사이에 배치되고, 니켈을 주성분으로 하는 복수의 내부 전극을 갖는 적층부와,
상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로부터 상기 적층부를 덮는 사이드 마진부와,
상기 적층부와 상기 사이드 마진부와의 사이에 배치되고, 상기 복수의 세라믹층 및 상기 사이드 마진부보다도 마그네슘 농도가 높은 접합부
를 구비하고,
상기 접합부는, 상기 사이드 마진부보다도 치밀하고,
상기 복수의 세라믹층의 결정 입경은, 상기 제2 방향의 중앙부보다도 상기 접합부에 인접하는 영역에 있어서 작고,
상기 복수의 내부 전극은, 상기 접합부에 인접하여, 니켈 및 마그네슘을 포함하는 산화 영역을 갖는, 적층 세라믹 콘덴서. - 제1항에 있어서,
상기 사이드 마진부의 상기 제2 방향의 중앙부에서는, 상기 복수의 세라믹층의 상기 제2 방향의 중앙부보다도 마그네슘 농도가 높은, 적층 세라믹 콘덴서. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 복수의 세라믹층에서의 상기 접합부에 인접하는 영역에서는, 상기 복수의 세라믹층의 상기 제2 방향의 중앙부보다도 마그네슘 농도가 높은, 적층 세라믹 콘덴서. - 제3항에 있어서,
상기 복수의 세라믹층 및 상기 사이드 마진부에서는, 상기 접합부를 향해서 마그네슘 농도가 높아지는, 적층 세라믹 콘덴서. - 제1 방향으로 적층된 복수의 세라믹층과, 상기 복수의 세라믹층의 사이에 배치된 복수의 내부 전극을 갖는 미소성의 적층 칩을 준비하고,
상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향을 향한 상기 적층 칩의 측면에, 사이드 마진부를, 상기 복수의 세라믹층 및 상기 사이드 마진부보다도 마그네슘 농도가 높은 접합부를 개재해서 설치함으로써 상기 내부 전극의 상기 접합부와 인접한 영역에, 니켈 및 마그네슘을 포함하는 산화 영역이 형성된 세라믹 소체를 제작하고,
상기 세라믹 소체를 소성하는, 적층 세라믹 콘덴서의 제조 방법으로서,
상기 접합부는, 상기 사이드 마진부보다도 치밀하고,
상기 복수의 세라믹층의 결정 입경은, 상기 제2 방향의 중앙부보다도 상기 접합부에 인접하는 영역에 있어서 작은, 적층 세라믹 콘덴서의 제조 방법.
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