KR20230031623A - 커패시터 부품 및 커패시터 부품의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면에 따른 커패시터 부품은, 유전체층 및 내부전극층을 포함하는 바디; 및 상기 바디에 배치되며, 상기 내부전극층과 연결되는 외부전극; 을 포함하고, 상기 내부전극층은, 지르코늄(Zr) 및 게르마늄(Ge)을 각각 포함하고, 상기 내부전극층 전체에 대하여, 상기 내부전극층에 함유된 지르코늄(Zr) 및 게르마늄(Ge) 함량(at%)의 합의 비는 3.3 이상 3.7 이하이다.
Description
본 발명은 커패시터 부품 및 커패시터 부품의 제조 방법에 관한 것이다.
커패시터 부품 중 하나인 적층 세라믹 커패시터(Multi-Layered Ceramic Capacitor, MLCC)는 소형이면서도 고용량이 보장되고 실장이 용이하다는 장점으로 인하여 통신, 컴퓨터, 가전, 자동차 등의 산업에 사용되는 중요한 칩 부품이고, 특히, 휴대전화, 컴퓨터, 디지털 TV 등 각종 전기, 전자, 정보 통신 기기에 사용되는 핵심 수동 소자이다.
일반적으로 MLCC는, 유전체 그린시트에 내부전극층 형성용 도전성 페이스트를 스크린 인쇄하고, 도전성 페이스트가 인쇄된 유전체 그린시트를 복수 적층한 후 이를 소결하여 제조한다. 도전성 페이스트는, 일반적으로, 니켈(Ni) 등의 도전성 분말, 세라믹 분말, 바인더, 및 솔벤트 등을 서로 혼합하여 제작한다.
본 발명의 일 예에 따른 목적 중 하나는, 내부전극층의 연결성을 향상시킬 수 있는 커패시터 부품을 제공하기 위함이다.
본 발명의 일 예에 따른 목적 중 다른 하나는, 용량(capacitance)을 향상시킬 수 있는 커패시터 부품을 제공하기 위함이다.
본 발명의 일 예에 따른 목적 중 또 다른 하나는, 내습 신뢰성을 향상시킬 수 있는 커패시터 부품을 제공하기 위함이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 유전체층 및 내부전극층을 포함하는 바디; 및 상기 바디에 배치되며, 상기 내부전극층과 연결되는 외부전극; 을 포함하고, 상기 내부전극층은, 지르코늄(Zr) 및 게르마늄(Ge)을 각각 포함하고, 상기 내부전극층 전체에 대하여, 상기 내부전극층에 함유된 지르코늄(Zr) 및 게르마늄(Ge) 함량(at%)의 합의 비는 3.3 이상 3.7 이하인 커패시터 부품이 제공된다.
본 발명의 일 측면에 따른 커패시터 부품은 내부전극층의 연결성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 커패시터 부품은 용량(capacitance)을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 커패시터 부품은 내습 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 부품의 사시도를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 도 1의 I-I`의 단면도를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 도 2의 A를 확대 도시한 도면.
도 4는 어느 하나의 내부전극층을 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 실험예 1의 단면에 대한 SEM 이미지이고, 도 6는 실험예 2의 단면에 대한 SEM 이미지.
도 7은 실험예 1에 대한 내습 신뢰성 평가 결과를 도시한 도면이고, 도 8은 실험예 2에 대한 내습 신뢰성 평가 결과를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 I-I`의 단면도를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 도 2의 A를 확대 도시한 도면.
도 4는 어느 하나의 내부전극층을 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 실험예 1의 단면에 대한 SEM 이미지이고, 도 6는 실험예 2의 단면에 대한 SEM 이미지.
도 7은 실험예 1에 대한 내습 신뢰성 평가 결과를 도시한 도면이고, 도 8은 실험예 2에 대한 내습 신뢰성 평가 결과를 도시한 도면.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 그리고, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도면에서, 제1 방향은 T 방향 또는 두께 방향, 제2 방향은 L 방향은 또는 길이 방향, 제3 방향은 W 방향 또는 폭 방향으로 정의될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 커패시터 부품 및 커패시터 부품의 제조 방법을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 부품의 사시도를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 도 1의 I-I`의 단면도를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3은 도 2의 A를 확대 도시한 도면이다. 도 4는 어느 하나의 내부전극층을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 커패시터 부품(1000)은, 바디(100) 및 외부전극(210, 220)을 포함한다. 바디(100)는 유전체층(110) 및 내부전극층(121, 122)을 포함한다.
바디(100)는 본 실시예에 따른 커패시터 부품(1000)의 외관을 이룬다. 바디(100)의 구체적인 형상에 특별히 제한은 없지만, 도시된 바와 같이, 바디(100)는 육면체 형상이나 이와 유사한 형상으로 이루어질 수 있다. 소결 과정에서 바디(100)에 포함된 세라믹 분말의 수축으로 인하여, 바디(100)는 완전한 직선을 가진 육면체 형상은 아니지만 실질적으로 육면체 형상을 가질 수 있다.
바디(100)는, 도 1 및 도 2를 기준으로, 두께 방향(Z)으로 서로 마주보는 제1 면(101)과 제2 면(102), 길이 방향(X)으로 서로 마주보는 제3 면(103)과 제4 면(104), 폭 방향(Y)으로 마주보는 제5 면(105) 및 제6 면(106)을 포함한다. 바디(100)의 제3 내지 제6 면(103, 104, 105, 106) 각각은, 바디(100)의 제1 면(101)과 제2 면(102)을 연결하는 바디(100)의 벽면에 해당한다. 이하에서, 바디(100)의 양 단면(일단면 및 타단면)은 바디의 제3 면(103) 및 제4 면(104)을 의미하고, 바디(100)의 양 측면(일측면 및 타측면)은 바디의 제5 면(105) 및 제6 면(106)을 의미할 수 있다. 또한 바디(100)의 일면과 타면은 각각 바디(100)의 제1 면(101)과 제2 면(102)을 의미할 수 있다. 바디(100)의 일면(101)은, 본 실시예에 따른 커패시터 부품(1000)을 인쇄회로기판 등의 실장기판에 실장함에 있어, 실장면으로 이용될 수 있다.
바디(100)는, 유전체층(110), 및 유전체층(110)을 사이에 두고 번갈아 배치되는 제1 및 제2 내부전극층(121, 122)을 포함한다. 유전체층(110), 제1 내부전극층(121) 및 제2 내부전극층(122) 각각은, 복수의 층으로 형성된다. 이하에서는, 제1 및 제2 내부전극층(121, 122) 간의 구별이 필요한 경우를 제외하고, 내부전극층(121, 122)으로 통칭하기로 한다. 따라서, 내부전극층(121, 122)으로 통칭된 부분에 대한 설명은, 제1 및 제2 내부전극층(121, 122)에 공통적으로 적용될 수 있다.
바디(100)를 형성하는 복수의 유전체층(110)은 소결된 상태로서, 인접하는 유전체층(110) 사이의 경계는 주사전자현미경(SEM: Scanning Electron Microscope)를 이용하지 않고 확인하기 곤란할 정도로 일체화될 수 있다.
유전체층(110)을 형성하는 원료는 충분한 정전 용량을 얻을 수 있는 한 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 티탄산바륨(BaTiO3) 분말일 수 있다. 유전체층(110)을 형성하는 재료는 티탄산바륨(BaTiO3) 등의 파우더에 본 발명의 목적에 따라 다양한 세라믹 첨가제, 유기용제, 가소제, 결합제, 분산제 등이 첨가될 수 있다.
바디(100)의 상부 및 하부, 즉 두께 방향(Z 방향) 양 단부에는 커버층(130)이 배치될 수 있다. 커버층(130)은 외부 충격에 대해 커패시터 부품의 신뢰성을 유지하는 역할을 수행할 수 있다. 커버층(110)은, 유전체층(110)을 형성하기 위한 자재, 또는 유전체층(110)을 형성하기 위한 자재와 상이한 자재를 이용하여 형성될 수 있다. 예로서, 후자의 경우, 유전체층(110) 형성을 위한 자재와, 커버층(110) 형성을 위한 자재는, 자재 내 세라믹 입자의 조성, 크기, 함량 및 분산 정도 중 적어도 하나가 서로 상이하거나, 자재 내 부성분의 조성, 크기, 함량 및 분산 정도 중 적어도 하나가 상이할 수 있다.
내부전극층(121, 122)은 유전체층(110)과 번갈아 배치되며, 제1 및 제2 내부전극층(121, 122)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 내부전극층(121, 122)은 유전체층(110)을 사이에 두고 서로 마주하도록 번갈아 배치되며, 바디(100)의 제3 및 제4 면(103, 104)으로 각각 노출될 수 있다.
내부전극층(121, 122)은 전체적으로 판상의 형태와 유사한 형태를 가질 수 있다. 한편, 도 3 및 도 4에는 내부전극층(121, 122) 각각이 서로 이격된 복수로 구성된 것처럼 도시되어 있으나, 이는 도 3 및 도 4 각각이 바디(100)의 단면(cross-section)의 일부를 도시한 것이기 때문으로, 내부전극층(121, 122)은 후술할 내부전극층(121, 122)을 관통하는 홀(H)이 형성되어 있을 뿐 일체화된 부재이다.
내부전극층(121, 122)은 각각 바디(100)의 길이 방향(X)의 양 단면인 제3 면(103) 및 제4 면(104)으로 번갈아 노출되어, 제1 및 제2 외부전극(210, 220)과 연결된다. 즉, 제1 내부전극층(121)은, 바디(100)의 제3 면(103)으로 노출되어 제1 외부전극(210)과 연결되고, 바디(100)의 제4 면(104)으로 노출되지 않아 제2 외부전극(220)과 연결되지 않는다. 제2 내부전극층(122)은, 바디(100)의 제4 면(104)으로 노출되어 제2 외부전극(220)과 연결되고, 바디(100)의 제3 면(103)으로 노출되지 않아 제1 외부전극(210)과 연결되지 않는다. 따라서, 제1 내부전극층(121)은 바디(100)의 제4 면(104)으로부터 일정거리 이격되고, 제2 내부전극층(122)은 바디(100)의 제3 면(103)으로부터 일정거리 이격된다. 이때, 내부전극층(121, 122)은 중간에 배치된 유전체층(110)에 의해 서로 전기적으로 분리될 수 있다.
내부전극층(121, 122)은, 니켈(Ni), 지르코늄(Zr) 및 게르마늄(Ge)을 포함할 수 있다. 예로서, 내부전극층(121, 122)은, 니켈(Ni)-지르코늄(Zr)-게르마늄(Ge) 합금을 포함할 수 있다. 예로서, 내부전극층(121, 122)은, 팔라듐(Pd), 은(Ag), 니켈(Ni) 및 구리(Cu) 중 하나 이상을 포함하는 제1 분말, 지르코늄(Zr)을 포함하는 제2 분말, 및 게르마늄(Ge)을 포함하는 제3 분말을 각각 포함하는 도전성 페이스트로 형성될 수 있다. 예로서, 도전성 페이스트에서, 지르코늄(Zr)을 포함하는 제2 분말은 제1 분말의 니켈(Ni) 중량 대비 2.5 wt% 이상 3.5 wt% 이하의 비율로 함유될 수 있으며, 게르마늄(Ge)을 포함하는 제3 분말은 제1 분말의 니켈(Ni) 중량 대비 2.0 wt% 이상 3.0 wt% 이하의 비율로 함유될 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
내부전극층(121, 122)의 전체에 대하여, 지르코늄(Zr) 및 게르마늄(Ge) 각각의 함량(at%)의 합의 비는 3.3at% 이상 3.7 at% 이하의 비율로 함유될 수 있다. 내부전극층(121, 122)에 대한 지르코늄(Zr) 및 게르마늄(Ge)의 함량의 합의 비가 3.3at% 미만으로 함유되거나, 3.7 at% 초과로 함유될 경우, 후술할 내부전극층의 연결성 향상 효과가 미미할 수 있다.
내부전극층(121, 122)의 전체에 대하여 지르코늄(Zr)은 1.6at% 이상 1.8 at% 이하의 비율로 함유될 수 있다. 내부전극층(121, 122)에 지르코늄(Zr)이 1.6at% 미만으로 함유되거나, 내부전극층(121, 122)에 지르코늄(Zr)이 1.8 at% 초과로 함유되거나, 후술할 내부전극층의 연결성 향상 효과가 미미할 수 있다.
내부전극층(121, 122)에 함유된 게르마늄(Ge)의 함량(at%)은 내부전극층(121, 122)에 함유된 지르코늄(Zr)의 함량(at%) 보다 많을 수 있다. 다만, 양자의 차가 커질 경우 내부전극층의 연결성 향상 효과가 미미해질 수 있으므로, 양자의 차는 0.1at% 내외인 것이 바람직하다.
내부전극층(121, 122)에 함유된 니켈(Ni)의 함량(at%)에 대하여, 내부전극층(121, 122)에 함유된 지르코늄(Zr) 및 게르마늄(Ge) 함량(at%)의 합의 비는, 3.8 이상 4.3 이하일 수 있다. 상기 비가 3.8 미만이거나, 4.3 초과인 경우, 후술할 내부전극층의 연결성 향상 효과가 미미할 수 있다.
내부전극층(121, 122)이 니켈(Ni), 지르코늄(Zr) 및 게르마늄(Ge) 각각을 포함하는지 여부 및 그 함량은, TEM(Transmission Electron Microscope) 을 통해 판정할 수 있다. 구체적으로, 도 3와 같이, 폭 방향(W)의 중앙부에서 취한 길이 방향(X)-두께 방향(Z)의 단면(XZ cross-section)중 내부전극층(121, 122)에 해당하는 영역에, 니켈(Ni) 원소에 대한 스캐닝, 지르코늄(Zr) 원소에 대한 스캐닝 및 게르마늄(Ge) 원소에 대한 스캐닝을 수행하면, 해당 영역이 니켈(Ni), 지르코늄(Zr) 및 게르마늄(Ge)을 포함하는 것을 알 수 있으며, 그 함량 또한 알 수 있다. 또는, 내부전극층(121, 122)이 니켈(Ni), 지르코늄(Zr) 및 게르마늄(Ge) 각각을 포함하는지 여부 및 그 함량은, ICP 분석을 수행함으로써 판정할 수 있다. 구체적으로, 커패시터 부품에서 외부전극을 연마하여 제거한 다음, 유전체층과 내부전극층을 포함하는 바디를 분쇄하여 1차 분말을 만들고, 1차 분말에서 자석으로 내부전극층 성분을 추출하고, 자석으로 추출된 1차 분말에 대해 ICP-MS (Inductively Coupled Plasma-Mass Spectroscopy)를 수행함으로써, 확인할 수 있다. 더불어, 내부전극층(121, 122)이 니켈(Ni)-지르코늄(Zr)-게르마늄(Ge) 함금을 포함하는 것은, X선 회절분석법(X-Ray Diffraction, XRD)을 통해 판단할 수 있다.
통상적으로, 내부전극층은, 유전체 그린시트에 내부전극층 형성용 도전성 페이스트를 인쇄하고, 상기 그린시트를 복수 적층 및 절단하여 그린칩인 적층체를 제조하고, 적층체를 소결함으로써 형성된다. 일반적으로 내부전극층 형성용 도전성 페이스트 및 유전체 그린시트는, 니켈(Ni) 등의 금속 분말 및 티탄산바륨계 등의 유전체 세라믹 분말 뿐만 아니라, 분산제, 바인더 및 솔벤트 등의 유기 물질을 포함한다. 한편, 부품의 용량이 증가함에 따라, 내부전극층의 두께는 얇게 형성되어야 하는데, 이를 위해 내부전극층 형성용 도전성 페이스트에 첨가되는 니켈 등의 금속 분말의 크기가 작아지면, 이로 인해 금속 분말의 소결 개시 온도가 저온 영역으로 이동하게 되어 결과적으로, 내부전극층 형성을 위한 금속 분말의 소결 개시 온도와, 유전체층 형성을 위한 세라믹 분말의 소결 개시 온도 간의 차가 증가한다. 이로 인해, 소결 후 내부전극층의 연결성이 저하되는 문제가 발생하고, 이로 인해 부품의 용량이 저하되고, 신뢰성이 저하되는 등의 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 커패시터 부품(1000)의 경우, 종래의 내부전극층 형성용 도전성 페이스트에, 니켈(Ni)의 제1 분말뿐만 아니라, 지르코늄(Zr)을 포함하는 제2 분말 및 게르마늄(Ge)을 포함하는 제3 분말을 함께 첨가함으로써, 전술한 문제를 해결하고자 한다. 즉, 내부전극층 형성용 도전성 페이스트에 지르코늄(Zr)을 포함하는 제2 분말 및 게르마늄(Ge)을 포함하는 제3 분말을 추가함으로써, 소결 공정 등의 열처리 공정에서, 내부전극층 형성을 위한 소결 개시 온도를 상대적으로 고온 영역으로 이동시킬 수 있다. 이렇게 함으로써, 내부전극층(121, 122)의 연결성을 향상시킬 수 있다. 이로 인해, 본 실시예에 따른 커패시터 부품(1000)의 용량을 향상시킬 수 있다. 또한, 이로 인해, 본 실시예에 따른 커패시터 부품(1000)의 내습 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
내부전극층(121, 122) 각각의 두께(T1, T2)는 10㎚ 이상 500㎚ 이하일 수 있다. 내부전극층(121, 122)의 두께(T1, T2)가 10㎚ 미만인 경우에는 내부전극층(121, 122)의 연결성이 저하되어 정전 용량이 감소될 수 있다. 내부전극층(121, 122)의 두께(T1, T2)가 500㎚ 초과인 경우에는 동일 크기의 부품을 기준으로, 유전체층(110)의 두께가 얇게 형성되어 내부전극층(121, 122) 간 전기적 절연을 도모하기 힘들 수 있다.
내부전극층(121, 122)의 두께(T1, T2)는, 커패시터 부품을 폭 방향(Y) 중앙부에서 절단한 XZ 단면(cross-section)을 스캔한 광학 이미지 또는 SEM 이미지를 이용하여 측정될 수 있다. 일 예로, 내부전극층(121, 122)의 두께는, 상기 이미지에 도시된 내부전극층(121, 122) 중 어느 하나를 선택하고, 선택된 하나의 내부전극층의 Z 방향을 따른 수치(dimension)를 X 방향을 따라 복수회 측정하고 이를 산술 평균한 것을 의미할 수 있다. 이러한 X 방향을 따른 복수회 측정은, X 방향을 따라 등간격으로 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 내부전극층(121, 122)의 두께는, 상기 이미지에 도시된 복수의 내부전극층(121, 122) 각각에 대해 전술한 방법으로 각 내부전극층(121, 122)의 두께를 산출하고, 이를 내부전극층(121, 122)의 총 수로 나눈 것을 의미할 수 있다.
내부전극층(121, 122)은 바륨(Ba) 및 티타늄(Ti)를 더 포함할 수 있다. 예로서, 내부전극층(121, 122) 내에는 세라믹 입자(C)가 배치될 수 있다. 세라믹 입자(C)는 내부전극층 형성을 위한 도전성 페이스트에, 추가적으로 티탄산바륨(BaTiO3) 등의 세라믹 분말을 추가함으로써 형성된 것일 수 있다. 세라믹 입자(C)는 유전체층(110)의 유전체와 동일하게 티탄산바륨계 물질일 수 있으며, 이 경우 본 실시예에 따른 커패시터 부품의 신뢰성이 향상될 수 있다. 내부전극층(121, 122) 내에는 공극(void, V)이 형성될 수 있다. 공극(V)은, 도전성 페이스트에 포함된 도전성 분말의 소결 과정에서의 확산 및 재결정으로 인해 형성되거나, 도전성 페이스트에 포함된 용매 등의 유기 물질이 소결 과정에서 제거됨으로 인해 형성되거나, 도전성 페이스트에 포함된 세라믹 분말이 소결 과정에서 유전체층(110)으로 확산되어 형성되는 것일 수 있다. 한편, 공극(V) 및 세라믹 입자(C)는, 내부전극층(121, 122)를 관통하지 않는다는 점에서, 후술할 홀(H), 및 홀(H)에 배치되는 후술할 비도전성부와 상이하다.
내부전극층(121, 122)에는 홀(H)이 형성되고, 홀(H)에는 비도전성부가 배치될 수 있다. 홀(H)은 내부전극층(121, 122)의 연결이 끊어진 영역으로, 내부전극층(121, 122)을 관통한다. 홀(H) 내에는 비도전성부가 형성되는데, 비도전성부가 유전체층(110)의 유전체 및/또는 내부전극층(121, 122) 내의 세라믹 입자(C)와 유사한 조성의 세라믹 물질을 포함한다면, 비도전성부는 어느 하나의 내부전극층(121, 122)을 매개로 인접한 2개의 유전체층(110)을 서로 연결할 수 있다. 이 경우, 비도전성부는, 본 실시예에 따른 커패시터 부품(1000)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 한편, 도 3에는, 홀(H) 내에 형성된 비도전성부가 인접한 유전체층(110)을 서로 연결하는 것을 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 다른 예로서, 홀(H) 내에 형성된 비도전성부는, 공극(void)일 수 있다.
도 4를 참조하면, 두께 방향(Z)을 따른 바디(100)의 단면(cross-section)에서, 길이 방향(X)을 따른 내부전극층(121, 122)의 총 길이(LT)에 대하여, 비도전성부를 제외한 내부전극층(121, 122)의 길이 방향(X)을 따른 길이(L1+L2+L3)의 비는 0.8 이상일 수 있다. 길이 방향(X)을 따른 내부전극층(121, 122)의 총 길이(LT)는, 내부전극층(121, 122)의 연결이 유지된 영역의 길이(L1, L2, L3)와, 내부전극층(121, 122)의 연결이 끊어진 영역, 즉, 비도전성부의 길이(LH1, LH2)의 총 합을 의미할 수 있다. 상기 비는, 전술한 내부전극층(121, 122)의 연결성과 관련된 것으로서, 상기 비가 0.8 미만인 경우에는 내부전극층(121, 122)의 연결성이 떨어져, 정전 용량이 감소될 수 있다.
여기서, X 방향을 따른 내부전극층(121, 122)의 총 길이(LT)는, 커패시터 부품을 Y 방향의 중앙부에 절단한 XZ 단면(cross-section)을 스캔한 광학 이미지 또는 SEM 이미지를 이용하여 측정될 수 있다. 일 예로, X 방향을 따른 내부전극층(121, 122)의 총 길이(LT)는, 상기 이미지에 도시된 내부전극층(121, 122) 중 어느 하나를 선택하고, 선택된 하나의 내부전극층(121, 122)의 X 방향을 따른 수치(dimension)를 Z 방향을 따라 복수회 측정하고 이를 산술 평균한 것을 의미할 수 있다. 이러한 Z 방향을 따른 복수회 측정은, Z 방향을 따라 등간격으로 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또는, X 방향을 따른 내부전극층(121, 122)의 총 길이(LT)는, 상기 이미지에 도시된 복수의 내부전극층(121, 122) 각각에 대해 전술한 방법으로 각 내부전극층(121, 122)의 X 방향을 따른 길이를 산출하고, 이러한 값을 내부전극층(121, 122)의 총 갯수로 나눈 평균을 의미할 수 있다. 한편, X 방향을 따른 내부전극층(121, 122)의 총 길이(LT) 측정 방법에 대한 설명은, X 방향을 따른 비도전성부를 제외한 내부전극층(121, 122)의 길이 (L1, L2, L3), 및 X 방향을 따른 비도전성부의 길이(LH1, LH2) 각각에 동일하게 적용될 수 있다.
외부전극(210, 220)은 바디(100)에 배치되고 내부전극층(121, 122)과 연결된다. 외부전극(210, 220)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 바디(100)의 제3 및 제4 면(103, 104)에 각각 배치되어 제1 및 제2 내부전극층(121, 122)과 각각 접속된 제1 및 제2 외부전극(210, 220)을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 외부전극(210, 220)은, 바디(100)의 제3 및 제4 면(103, 104)에 각각 배치되어 제1 및 제2 내부전극층(121, 122)과 연결된 제1 및 제2 연결부와, 제1 및 제2 연결부에서 바디(100)의 제1 면(101)으로 연장된 제1 및 제2 연장부를 각각 포함할 수 있다. 제1 및 제2 연장부는 바디(100)의 제1 면(101)에서 서로 이격되게 배치된다. 한편, 제1 및 제2 연장부는, 바디(100)의 제1 면(101)뿐 아니라, 바디(100)의 제2, 제5 및 제6 면(102, 105, 106) 각각으로 연장될 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 외부전극(210, 220) 각각은, 바디(100)의 5개의 면에 형성되는 normal 타입일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 바디(100)의 2개의 면에 형성되는 L 타입, 바디(100)의 3개의 면에 형성되는 C 타입 등일 수 있다.
외부전극(210, 220)은 금속 등과 같이 전기 전도성을 갖는 것이라면 어떠한 물질을 사용하여 형성될 수 있고, 전기적 특성, 구조적 안정성 등을 고려하여 구체적인 물질이 결정될 수 있으며, 나아가 다층 구조를 가질 수 있다. 예로서, 외부전극(210, 220) 각각은 제1 층 및 제2 층을 포함할 수 있고, 제1 층은, 도전성 금속 및 글라스를 포함하는 소결형 도전성 페이스트를 소결하여 형성되거나, 도전성 금속 및 베이스 수지를 포함하는 경화형 도전성 페이스트를 경화하여 형성되거나, 기상 증착으로 형성될 수 있다. 제2 층은, 도금법으로 제1 층에 순차 형성된 니켈(Ni) 도금층 및 주석(Sn) 도금층일 수 있다.
한편, 본 실시 형태에서는 커패시터 부품(100)이 2개의 외부전극(210, 220)을 갖는 구조를 설명하고 있지만, 외부전극(210, 220)의 개수나 형상 등은 내부전극층(121, 122)의 형태나 기타 다른 목적에 따라 바뀔 수 있을 것이다.
실험예
니켈(Ni)을 포함하는 제1 분말, 지르코늄(Zr)을 포함하는 제2 분말, 및 게르마늄(Ge)을 포함하는 제3 분말을 준비하였다.
제1 내지 제3 분말 중 제1 분말 만을 포함하는 제1 도전성 페이스트를 제조하고, 제1 내지 제3 분말 중 제1 내지 제3 분말을 모두 포함하는 제2 도전성 페이스트를 제조하고, 제1 내지 제3 분말 중 제1 및 제2 분말만을 포함하는 제3 도전성 페이스트를 제조하고, 제1 내지 제3 분말 중 제1 및 제3 분말만을 포함하는 제4 도전성 페이스트를 제조하였다.
제2 도전성 페이스트에서, 제2 분말은, 제1 분말(니켈(Ni))에 대하여, 지르코늄(Zr)이 3.0 wt%가 되도록 함유되었으며, 제3 분말은, 제1 분말(니켈(Ni))에 대하여, 게르마늄(Ge)이 2.5 wt%가 되도록 함유되었다.
제3 도전성 페이스트에서 제2 분말은, 제1 분말(니켈(Ni))에 대하여 지르코늄(Zr)이 5.5 wt%가 되도록 함유되었다.
제4 도전성 페이스트에서 제3 분말은, 제1 분말(니켈(Ni))에 대하여 게르마늄(Ge)이 5.5 wt%가 되도록 함유되었다.
내부전극층 형성용 도전성 페이스트로 상기 제1 내지 제4 도전성 페이스트 각각을 이용해 미소결의 제1 내지 제4 그린 바디를 형성하고, 이를 소결하여 바디를 제조하였다.
제1 도전성 페이스트로 내부전극층을 형성한 것을 실험예 1로, 제2 도전성 페이스트로 내부전극층을 형성한 것을 실험예 2로, 제3 도전성 페이스트로 내부전극층을 형성한 것을 실험예 3으로, 제4 도전성 페이스트로 내부전극층을 형성한 것을 실험예 4로 하였다.
실험예 1 내지 4는, 전술한 내부전극층 형성용 도전성 페이스트의 도전성 분말 함유 조건 만을 달리하고, 나머지 조건, 예로서, i) 유전체 그린시트의 조성, ii) 내부전극층 형성용 도전성 페이스트에 포함된 세라믹 분말의 조성 및 함량, iii) 그린 바디의 size(L*W*T), iv) 승온 조건 및 소결 분위기 등의 소결 조건, v) 유전체층의 총 층수, vi) 내부전극층의 총 층수, vii) 내부전극층의 평균 두께, viii) 유전체층의 평균 두께, ix) 외부전극 조성 및 형성 조건 등을 동일하게 하였다. 예로서, 실험예 1 내지 4 모두, 각 내부전극층의 평균 두께는 480 ㎚, 각 유전체층의 평균 두께는 550 ㎚, 내부전극층의 총 수는 287, 그린 바디의 size는 L=785 ㎛, W=440 ㎛, T=430 ㎛ 로서 서로 동일하다.
제2 도전성 페이스트로 내부전극층을 형성한 실험예 2를 전술한 ICP 분석법으로 내부전극층에 함유된 각 원소 분석을 수행하였다.
표 1을 참조하면, 실험예 2의 내부전극층은, 제1 내지 제3 분말의 물질인 Ni, Zr 및 Ge을 모두 포함함을 알 수 있다.
| at% | |
| Ni | 86.6% |
| Ba | 4.7% |
| Ti | 5.2% |
| Zr | 1.7% |
| Ge | 1.8% |
도 5는 실험예 1의 바디의 폭 방향(Y) 중앙부에서 취한 길이 방향-두께 방향을 따른 실험예 1의 단면(XZ 단면)의 일부에 대한 SEM 이미지이고, 도 6은 실험예 2의 바디의 폭 방향(Y) 중앙부에서 취한 길이 방향-두께 방향을 따른 실험예 2의 단면(XZ 단면)의 일부에 대한 SEM 이미지이다. 상기 SEM 이미지들을 이용해 실험예 1 및 2에서 내부전극층의 연결성을 계산하여, 실험예 1은 내부전극층의 연결성이 74.1%이며, 실험예 2의 경우 내부전극층의 연결성이 86.0%이다. 결과, 니켈(Ni) 분말, 지르코늄(Zr) 분말, 및 게르마늄(Ge) 분말을 모두 포함하는 제2 도전성 페이스트를 이용한 실험예 2의 내부전극층의 연결성은, 도전성 분말로 니켈(Ni) 분말만을 포함하는 제1 도전성 페이스트를 이용한 실험예 1의 내부전극층의 연결성 대비 12% 가량 향상됨을 알 수 있다((86.0-74.1)/74.1*100=16.1%). 이는 지르코늄(Zr) 및 게르마늄(Ge)이 니켈(Ni)에 첨가되어 고온 분위기에서 니켈(Ni)의 소성 수축을 지연시키는데 도움을 주기 때문인 것으로 판단된다.
표 2는, 실험예 1 및 2의 바디를 소결 형성함에 있어 소결 온도(T)를 변화시키면서 형성하고, 이에 따른 실험예 1 및 2의 정전 용량(단위 nF)을 나타낸 것이다. 한편, 표 2의 소결 온도(T)는 소결 공정에서의 최고 온도를 의미할 수 있다.
표 2에서와 같이, 니켈(Ni) 분말, 지르코늄(Zr) 분말, 및 게르마늄(Ge) 분말을 모두 포함하는 제2 도전성 페이스트를 이용한 실험예 2의 경우, 동일 소결 온도로 소결 형성된 실험예 1 보다 정전 용량이 향상됨을 알 수 있다. 이는 도 5 및 도 6에서 도시된 바와 같이, 실험예 1 에 비해 실험예 2가 내부전극층의 연결성이 향상되었기 때문으로 판단된다.
| T | #1 | #2 |
| 1120℃ | 3.65 | 3.71 |
| 1130℃ | 3.74 | 3.83 |
| 1140℃ | 3.82 | 3.77 |
도 7 및 도 8는, 실험예 1 및 실험예 2 각각에 대한 내습 신뢰성 평가(8585 평가) 결과를 나타낸 것이다. 내습 신뢰성 평가는, 각 실험예 당 20개의 샘플에 대하여, 온도 85℃, 상대 습도 85%, 및 인가 전압 8V 를 실험 조건으로, 시간(t)에 따른 절연 저항(IR)의 변화를 측정하여 수행되었다. 도 7에 도시된 실험예 1의 경우 30분 경과 후 총 5개의 샘플의 절연 저항이 급격히(2 order 이상(102 이상)) 저하되나, 도 8에 도시된 실험예 2의 경우 동일한 시간 동안 모든 샘플의 절연 저항의 급격한 변화는 관찰되지 않았다. 이는 도 5 및 도 6에서 도시된 바와 같이, 실험예 1 에 비해 실험예 2가 내부전극층의 연결성이 향상되었기 때문으로 판단된다.
표 3은, 실험예 1 내지 4에 대하여, 불량율(short %)을 측정한 것이다.
우선, 각 실험예 별 총 100개의 샘플을 제작하고, 이러한 샘플들에 대해, 측정 전압 0.5 V, 주파수 1kHz을 인가하였다. 이러한 실험 조건에서, 용량이 3.2 μF 이하이거나, 4.2 μF 이상인 것은 불량으로 판정하였다. 또는, DF(Dissipation Factor)가 0.04 이하이거나 0.07 이상인 것은 불량으로 판정하였다.
각 실험예 별로, 불량으로 판정된 샘플의 수를 백분율로 나타내어, 불량율(short %)로 하였다.
표 3에서와 같이, 제1 내지 제3 분말을 모두 포함하는 제2 도전성 페이스트를 이용한 실험예 2의 경우, 제1 내지 제3 분말 중 적어도 하나를 포함하지 않는 실험예 1, 3 및 4보다 불량율이 저하됨을 알 수 있다. 이는, 앞서 언급한 바와 같이, 실험예 2에서, 내부전극층의 연결성이 향상되었기 때문으로 판단된다.
| #1 | #2 | #3 | #4 | |
| 불량율(short%) | 18.0 | 4.0 | 6.0 | 12.0 |
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경 또는 삭제 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 바디
110: 유전체층
121, 122: 내부전극층
130: 커버층
210, 220: 외부전극
H: 홀
1000: 커패시터 부품
110: 유전체층
121, 122: 내부전극층
130: 커버층
210, 220: 외부전극
H: 홀
1000: 커패시터 부품
Claims (14)
- 유전체층 및 내부전극층을 포함하는 바디; 및
상기 바디에 배치되며, 상기 내부전극층과 연결되는 외부전극; 을 포함하고,
상기 내부전극층은, 지르코늄(Zr) 및 게르마늄(Ge)을 각각 포함하고,
상기 내부전극층 전체에 대하여, 상기 내부전극층에 함유된 지르코늄(Zr) 및 게르마늄(Ge) 함량(at%)의 합의 비는 3.3 이상 3.7 이하인,
커패시터 부품.
- 제1항에 있어서,
상기 내부전극층 전체에 대하여, 상기 내부전극층에 함유된 지르코늄(Zr)의 함량(at%)의 비는 1.6 이상 1.8 이하인, 커패시터 부품.
- 제2항에 있어서,
상기 내부전극층 전체에 대하여, 상기 내부전극층에 함유된 게르마늄(Ge)의 함량(at%)의 비는 1.7 이상 1.9 이하인, 커패시터 부품.
- 제2항에 있어서,
상기 내부전극층에 함유된 게르마늄(Ge)의 함량(at%)은 상기 내부전극층에 함유된 지르코늄(Zr)의 함량(at%) 보다 많은,
커패시터 부품.
- 제2항에 있어서,
상기 내부전극층은 니켈(Ni)을 더 포함하고,
커패시터 부품.
- 제5항에 있어서,
상기 내부전극층은 바륨(Ba) 및 티타늄(Ti)를 더 포함하는,
커패시터 부품.
- 제2항에 있어서,
상기 내부전극층에는 상기 내부전극층을 관통하는 비도전성부가 형성되고,
제1 방향을 따른 상기 바디의 단면(cross-section)에서,
상기 제1 방향과 수직하는 제2 방향을 따른 상기 내부전극층의 총 길이에 대하여, 상기 비도전성부를 제외한 상기 제2 방향을 따른 상기 내부전극층의 길이의 비는, 0.8 이상인,
커패시터 부품.
- 유전체층 및 내부전극층을 포함하는 바디; 및
상기 바디에 배치되며, 상기 내부전극층과 연결되는 외부전극; 을 포함하고,
상기 내부전극층은, 니켈(Ni)-지르코늄(Zr)-게르마늄(Ge) 합금을 포함하고,
상기 내부전극층에 함유된 니켈(Ni)의 함량(at%)에 대하여, 상기 내부전극층에 함유된 지르코늄(Zr) 및 게르마늄(Ge) 함량(at%)의 합의 비는, 3.8 이상 4.3 이하인,
커패시터 부품.
- 제8항에 있어서,
상기 내부전극층에 함유된 게르마늄(Ge)의 함량(at%)은 상기 내부전극층에 함유된 지르코늄(Zr)의 함량(at%) 보다 많은,
커패시터 부품.
- 제8항에 있어서,
상기 내부전극층은, 바륨(Ba) 및 티타늄(Ti)을 더 포함하는,
커패시터 부품.
- 유전체 그린시트를 형성하는 단계; 및
니켈(Ni)을 포함하는 제1 분말, 지르코늄(Zr)을 포함하는 제2 분말, 및 게르마늄(Ge)을 포함하는 제3 분말을 포함하는 도전성 페이스트를 상기 유전체 그린시트에 도포하는 단계; 를 포함하는,
커패시터 부품의 제조 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 제2 및 제3 분말은,
상기 도전성 페이스트에서 니켈(Ni) 전체 중량에 대하여, 지르코늄(Zr) 및 게르마늄 각각의 중량의 합의 비가 4.0 내지 4.5 이하가 되도록 첨가된,
커패시터 부품의 제조 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 도전성 페이스트가 도포된 상기 유전체 그린시트를 복수 적층해 적층체를 형성하는 단계; 및
상기 적층체를 소결해 유전체층 및 내부전극층을 포함하는 바디를 형성하는 단계; 를 더 포함하는,
커패시터 부품의 제조 방법.
- 제13항에 있어서,
상기 바디를 형성하는 단계에서,
상기 제1 내지 제3 분말의 니켈(Ni), 지르코늄(Zr) 및 게르마늄(Ge)은, 니켈(Ni)-지르코늄(Zr)-게르마늄(Ge) 합금을 형성하는,
커패시터 부품의 제조 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020210114068A KR20230031623A (ko) | 2021-08-27 | 2021-08-27 | 커패시터 부품 및 커패시터 부품의 제조 방법 |
| JP2022000094A JP2023033067A (ja) | 2021-08-27 | 2022-01-04 | キャパシタ部品及びキャパシタ部品の製造方法 |
| US17/569,027 US11894189B2 (en) | 2021-08-27 | 2022-01-05 | Capacitor component and method of manufacturing the same |
| CN202210230275.9A CN115732226A (zh) | 2021-08-27 | 2022-03-10 | 电容器组件的主体及制造其的方法和包括其的电容器组件 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210114068A KR20230031623A (ko) | 2021-08-27 | 2021-08-27 | 커패시터 부품 및 커패시터 부품의 제조 방법 |
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| JP2014145117A (ja) | 2013-01-30 | 2014-08-14 | Nippon Steel & Sumikin Chemical Co Ltd | ニッケル微粒子含有組成物及びその製造方法 |
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Patent Citations (1)
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