KR20240086983A - 적층형 전자 부품 - Google Patents

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최호삼
심규정
최효성
박정진
이종호
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 전자 부품은, 유전체층 및 상기 유전체층과 제1 방향으로 번갈아 배치되는 내부 전극을 포함하는 용량 형성부와, 상기 용량 형성부의 상기 제1 방향 양 단면에 각각 배치되는 커버부를 포함하는 바디; 및 상기 바디 상에 배치되는 외부 전극; 을 포함하며, 상기 커버부에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량 대비 상기 용량 형성부에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량의 비율은 0.55 이상 1.00 이하를 만족하고, 상기 용량 형성부에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량은 1073 ppm 이상 1950 ppm 이하를 만족하며, 상기 용량 형성부의 중앙 영역에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기는 200 nm 이상 300 nm 이하이고, 크기에 대한 표준 편차는 100 nm 이상 130 nm 이하일 수 있다.

Description

적층형 전자 부품{MULTILAYER ELECTRONIC COMPONENT}
본 발명은 적층형 전자 부품에 관한 것이다.
적층형 전자 부품의 하나인 적층 세라믹 커패시터(MLCC: Multi-Layered Ceramic Capacitor)는 액정 표시 장치(LCD: Liquid Crystal Display) 및 플라즈마 표시 장치 패널(PDP: Plasma Display Panel) 등의 영상 기기, 컴퓨터, 스마트폰 및 휴대폰 등 여러 전자 제품의 인쇄회로기판에 장착되어 전기를 충전시키거나 또는 방전시키는 역할을 하는 칩 형태의 콘덴서이다.
이러한 적층 세라믹 커패시터는 소형이면서 고용량이 보장되고 실장이 용이하다는 장점으로 인하여 다양한 전자 장치의 부품으로 사용될 수 있다. 컴퓨터, 모바일 기기 등 각종 전자 기기가 소형화, 고출력화되면서 적층 세라믹 커패시터에 대한 소형화 및 고용량화의 요구가 증대되고 있다.
한편, 적층 세라믹 커패시터에 사용되는 유전체 슬러리에 포함된 입자를 분산하기 위해 지르코니아 비즈(zirconia beads)를 미디어(media)로 이용하여 분산을 진행하고 있으며, 분산에 의해 유전체 입자들의 응집/뭉침을 해소하여 비표면적 및 입성장이 향상될 수 있다. 유전체 슬러리에 포함된 유전체 입자의 입도가 불균일 할 경우, 소성 시 유전체 결정립의 산포를 유발하고, 유전체 결정립 크기가 불균일 해질 수 있다. 이는, 적층 세라믹 커패시터의 쇼트(short) 발생 또는 절연파괴전압(BDV: breakdown voltage) 저하의 원인이 될 수 있다.
보다 구체적으로, 유전체 분말 제작 시, 건조 과정이 수반될 수 있는데, 이때, 유전체 입자끼리 네킹(necking)이 진행하는 현상, 즉 건조 뭉침이 발생할 수 있다. 이러한 유전체 분말의 건조 뭉침을 해결하고, 목표로 하는 비표면적의 확보를 위해 지르코니아 비즈를 이용하여 분산을 진행하고 있다. 이로 인해 유전체 슬러리 내 유전체 입자의 입도 산포 불균일 및 소성 후 유전체 결정립 산포가 증가하는 부효과가 발생할 수 있다.
또한, 지르코니아 비즈의 마모로 인해 유전체 슬러리 내부로 지르코늄(Zr) 성분이 불순문의 형태로 유입이 되며, 이는 유전체 소성 시 입계(grain boundary) 이동도를 늦추어 입성장을 억제하는 부효과를 야기할 수 있다. 또한, 지르코늄(Zr)의 경우, 소성 시 Ti 자자리로 고용이 되어 소결을 촉진하는 역할을 하기도 하나, 과량 함유시 고용되지 못한 지르코늄(Zr)이 유전체 결정립의 입성장을 억제할 수 있다.
한편, 유입되는 지르코늄(Zr) 성분이 일정할 경우 소성 제어가 가능하나, 분산 설비 내부에서 지르코니아 비즈의 마모량이 일정하지 않기 때문에 소성 공정 중 유전체 결정립의 산포를 야기하게 되고, 추가적으로, 분산 시간이 증가할수록 지르코늄(Zr)의 유입량이 증가하게 되어 부효과는 더욱 심해질 수 있으므로, 지르코늄(Zr) 불순물의 유입을 제어하는 것이 중요하다.
한국 공개특허공보 제10-2014-0007942호
본 발명이 해결하고자 하는 여러 과제 중 하나는, 지르코늄(Zr)의 함량을 제어하여 유전체 결정립의 크기 산포를 개선하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 여러 과제 중 하나는, 유전체 입자의 크기를 미세하고 균일하게 제조함으로써, 유전체 결정립의 크기 또한 미세하고 균일하게 형성될 수 있도록 하여, 전계 집중 현상을 억제하고 절연파괴전압(BDV)의 저하를 방지하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 여러 과제는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 전자 부품은, 유전체층 및 상기 유전체층과 제1 방향으로 번갈아 배치되는 내부 전극을 포함하는 용량 형성부와, 상기 용량 형성부의 상기 제1 방향 양 단면에 각각 배치되는 커버부를 포함하는 바디; 및 상기 바디 상에 배치되는 외부 전극; 을 포함하며, 상기 커버부에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량 대비 상기 용량 형성부에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량의 비율은 0.55 이상 1.00 이하를 만족하고, 상기 용량 형성부에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량은 1073 ppm 이상 1950 ppm 이하를 만족하며, 상기 용량 형성부의 중앙 영역에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기는 200 nm 이상 300 nm 이하이고, 크기에 대한 표준 편차는 100 nm 이상 130 nm 이하일 수 있다.
본 발명의 여러 효과 중 하나는, 유전체 결정립의 크기 산포가 개선된 것이다.
본 발명의 여러 효과 중 하나는, 적층형 전자 부품의 유전용량을 개선하고 절연파괴전압(BDV)의 저하를 억제하는 것이다.
다만, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 전자 부품의 사시도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 사이드 마진부 및 바디의 외관을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 바디의 외관을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 도 1의 내부 전극의 적층 구조를 나타낸 분리사시도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 도 1의 I-I'에 따른 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 도 1의 II-II'에 따른 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 도 6에서 내부 전극을 제외한 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
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.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 또한, 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.
도면에서, 제1 방향은 적층 방향 또는 두께(T) 방향, 제2 방향은 길이(L) 방향, 제3 방향은 폭(W) 방향으로 정의될 수 있다.
적층형 전자 부품
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 전자 부품의 사시도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 사이드 마진부 및 바디의 외관을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 바디의 외관을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 도 1의 내부 전극의 적층 구조를 나타낸 분리사시도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 도 1의 I-I'에 따른 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 도 1의 II-II'에 따른 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 도 6에서 내부 전극을 제외한 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 적층형 전자 부품에 대하여 상세히 설명한다. 다만, 적층형 전자 부품의 일례로서 적층 세라믹 커패시터에 대하여 설명하나, 본 발명은 유전체 조성물을 이용하는 다양한 전자 제품, 예를 들어, 인덕터, 압전체 소자, 바리스터, 또는 서미스터 등에도 적용될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 적층형 전자 부품(100)은, 유전체층(111) 및 상기 유전체층(111)과 제1 방향으로 번갈아 배치되는 내부 전극(121, 122)을 포함하는 용량 형성부(Ac)와, 상기 용량 형성부(Ac)의 상기 제1 방향 양 단면에 각각 배치되는 커버부(112, 113)를 포함하는 바디(110); 및 상기 바디(110) 상에 배치되는 외부 전극(131, 132); 을 포함하며, 상기 커버부(112, 113)에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량 대비 상기 용량 형성부(Ac)에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량의 비율은 0.55 이상 1.00 이하를 만족하고, 상기 용량 형성부(Ac)에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량은 1073 ppm 이상 1950 ppm 이하를 만족하며, 상기 용량 형성부(Ac)의 중앙 영역(a1)에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기는 200 nm 이상 300 nm 이하이고, 크기에 대한 표준 편차는 100 nm 이상 130 nm 이하일 수 있다.
바디(110)는 유전체층(111) 및 내부 전극(121, 122)이 교대로 적층 되어있다.
보다 구체적으로, 바디(110)는 바디(110)의 내부에 배치되며, 유전체층(111)을 사이에 두고 서로 마주보도록 번갈아 배치되는 제1 내부 전극(121) 및 제2 내부 전극(122)을 포함하여 용량을 형성하는 용량 형성부(Ac)를 포함할 수 있다.
바디(110)의 구체적인 형상에 특별히 제한은 없지만, 도시된 바와 같이 바디(110)는 육면체 형상이나 이와 유사한 형상으로 이루어질 수 있다. 소성 과정에서 바디(110)에 포함된 세라믹 분말의 수축으로 인하여, 바디(110)는 완전한 직선을 가진 육면체 형상은 아니지만 실질적으로 육면체 형상을 가질 수 있다.
바디(110)는 제1 방향으로 서로 마주보는 제1 및 제2 면(1, 2), 제1 및 제2 면(1, 2)과 연결되고 제2 방향으로 서로 마주보는 제3 및 제4 면(3, 4), 제1 내지 제4 면(1, 2, 3, 4)과 연결되며 제3 방향으로 서로 마주보는 제5 및 제6 면(5, 6)을 가질 수 있다.
바디(110)를 형성하는 복수의 유전체층(111)은 소성된 상태로서, 인접하는 유전체층(111) 사이의 경계는 주사전자현미경(SEM: Scanning Electron Microscope)을 이용하지 않고서는 확인하기 곤란할 정도로 일체화될 수 있다.
유전체층(111)을 형성하는 원료는 충분한 정전 용량을 얻을 수 있는 한 제한되지 않는다. 일반적으로 페로브스카이트(ABO3)계 재료를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 티탄산바륨계 재료, 납 복합 페로브스카이트계 재료 또는 티탄산스트론튬계 재료 등을 사용할 수 있다. 티탄산바륨계 재료는 BaTiO3계 세라믹 분말을 포함할 수 있으며, 세라믹 분말의 예시로 BaTiO3, BaTiO3에 Ca(칼슘), Zr(지르코늄) 등이 일부 고용된 (Ba1-xCax)TiO3 (0<x<1), Ba(Ti1-yCay)O3 (0<y<1), (Ba1-xCax)(Ti1-yZry)O3 (0<x<1, 0<y<1) 또는 Ba(Ti1-yZry)O3 (0<y<1) 등을 들 수 있다.
또한, 유전체층(111)을 형성하는 원료는 티탄산바륨(BaTiO3) 등의 분말에 본 발명의 목적에 따라 다양한 세라믹 첨가제, 유기용제, 결합제, 분산제 등이 첨가될 수 있다.
이때, 용량 형성부(Ac)에 포함되는 지르코늄(Zr)의 함량은 후술하는 두 단계의 해쇄를 거친 지르코니아 비즈로 인한 투입 함량일 수 있다. 다만, 특별히 이에 제한되는 것은 아니고, 지르코늄(Zr) 원소를 포함하는 첨가제 투입에 의한 것일 수 있다.
유전체층(111)의 두께(td)는 특별히 한정할 필요는 없다.
다만, 적층형 전자 부품의 소형화 및 고용량화를 보다 용이하게 달성하기 위하여 유전체층(111)의 두께는 0.6 μm 이하일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.4 μm 이하일 수 있다.
여기서, 유전체층(111)의 두께(td)는 제1 및 제2 내부 전극(121, 122) 사이에 배치되는 유전체층(111)의 두께(td)를 의미할 수 있다.
한편, 유전체층(111)의 두께(td)는 유전체층(111)의 제1 방향 크기를 의미할 수 있다. 또한, 유전체층(111)의 두께(td)는 유전체층(111) 평균 두께(td)를 의미할 수 있으며, 유전체층(111)의 제1 방향 평균 크기를 의미할 수 있다.
유전체층(111)의 제1 방향 평균 크기는 바디(110)의 제1 및 제2 방향 단면(cross-section)을 1만 배율의 주사전자현미경(SEM)으로 이미지를 스캔하여 측정할 수 있다. 보다 구체적으로, 스캔된 이미지에서 하나의 유전체층(111)을 제2 방향으로 등간격인 30개의 지점에서 제1 방향 크기를 측정한 평균값일 수 있다. 상기 등간격인 30개의 지점은 용량 형성부(Ac)에서 지정될 수 있다. 또한, 이러한 평균값 측정을 10개의 유전체층(111)으로 확장하여 평균값을 측정하면, 유전체층(111)의 제1 방향 평균 크기를 더욱 일반화할 수 있다.
내부 전극(121, 122)은 유전체층(111)과 교대로 적층될 수 있다.
내부 전극(121, 122)은 제1 내부 전극(121) 및 제2 내부 전극(122)을 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)은 바디(110)를 구성하는 유전체층(111)을 사이에 두고 서로 마주하도록 번갈아 배치되며, 바디(110)의 제3 및 제4 면(3, 4)으로 각각 노출될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 내부 전극(121)은 제4 면(4)과 이격되며 제3 면(3)을 통해 노출될 수 있고, 제2 내부 전극(122)은 제3 면(3)과 이격되며 제4 면(4)을 통해 노출될 수 있다. 바디(110)의 제3 면(3)에는 제1 외부 전극(131)이 배치되어 제1 내부 전극(121)과 연결되고, 바디(110)의 제4 면(4)에는 제2 외부 전극(132)이 배치되어 제2 내부 전극(122)과 연결될 수 있다.
즉, 제1 내부 전극(121)은 제2 외부 전극(132)과는 연결되지 않고 제1 외부 전극(131)과 연결되며, 제2 내부 전극(122)은 제1 외부 전극(131)과는 연결되지 않고 제2 외부 전극(132)과 연결될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)은 중간에 배치된 유전체층(111)에 의해 서로 전기적으로 분리될 수 있다.
한편, 바디(110)는 제1 내부 전극(121)이 인쇄된 세라믹 그린 시트와 제2 내부 전극(122)이 인쇄된 세라믹 그린 시트를 번갈아 적층한 후, 소성하여 형성될 수 있다.
내부 전극(121, 122)을 형성하는 재료는 특별히 제한되지 않으며, 전기 전도성이 우수한 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 내부 전극(121, 122)은 니켈(Ni), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 주석(Sn), 텅스텐(W), 티타늄(Ti) 및 이들의 합금 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 내부 전극(121, 122)은 니켈(Ni), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 주석(Sn), 텅스텐(W), 티타늄(Ti) 및 이들의 합금 중 하나 이상을 포함하는 내부 전극용 도전성 페이스트를 세라믹 그린 시트에 인쇄하여 형성할 수 있다. 상기 내부 전극용 도전성 페이스트의 인쇄 방법은 스크린 인쇄법 또는 그라비아 인쇄법 등을 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 내부 전극(121, 122)의 두께(te)는 특별히 한정할 필요는 없다.
다만, 적층형 전자 부품의 소형화 및 고용량화를 보다 용이하게 달성하기 위하여 내부 전극(121, 122)의 두께는 0.6 μm 이하일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.4 μm 이하일 수 있다.
여기서, 내부 전극(121, 122)의 두께(te)는 내부 전극(121, 122)의 제1 방향 크기를 의미할 수 있다. 또한, 내부 전극(121, 122)의 두께(te)는 내부 전극(121, 122)의 평균 두께(te)를 의미할 수 있으며, 내부 전극(121, 122)의 제1 방향 평균 크기를 의미할 수 있다.
내부 전극(121, 122)의 제1 방향 평균 크기는 바디(110)의 제1 및 제2 방향 단면(cross-section)을 1만 배율의 주사전자현미경(SEM)으로 이미지를 스캔하여 측정할 수 있다. 보다 구체적으로, 스캔된 이미지에서 하나의 내부 전극(121, 122)을 제2 방향으로 등간격인 30개의 지점에서 제1 방향 크기를 측정한 평균값일 수 있다. 상기 등간격인 30개의 지점은 용량 형성부(Ac)에서 지정될 수 있다. 또한, 이러한 평균값 측정을 10개의 내부 전극(121, 122)으로 확장하여 평균값을 측정하면, 내부 전극(121, 122)의 제1 방향 평균 크기를 더욱 일반화할 수 있다.
한편, 바디(110)는 용량 형성부(Ac)의 제1 방향 양 단면(end-surface) 상에 배치된 커버부(112, 113)를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 용량 형성부(Ac)의 제1 방향 상부에 배치되는 상부 커버부(112) 및 용량 형성부(Ac)의 제1 방향 하부에 배치되는 하부 커버부(113)를 포함할 수 있다.
상부 커버부(112) 및 하부 커버부(113)는 단일 유전체층(111) 또는 2개 이상의 유전체층(111)을 용량 형성부(Ac)의 상하면에 각각 제1 방향으로 적층하여 형성할 수 있으며, 기본적으로 물리적 또는 화학적 스트레스에 의한 내부 전극(121, 122)의 손상을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
상부 커버부(112) 및 하부 커버부(113)는 내부 전극(121, 122)을 포함하지 않으며, 유전체층(111)과 동일한 재료를 포함할 수 있다. 즉, 상부 커버부(112) 및 하부 커버부(113)는 세라믹 재료를 포함할 수 있으며, 예를 들어 티탄산바륨(BaTiO3)계 세라믹 재료를 포함할 수 있다.
이때, 용량 형성부(Ac)에 포함되는 지르코늄(Zr)의 함량은 후술하는 두 단계의 해쇄를 거친 지르코니아 비즈로 인한 투입 함량일 수 있다. 다만, 특별히 이에 제한되는 것은 아니고, 지르코늄(Zr) 원소를 포함하는 첨가제 투입에 의한 것일 수 있다.
한편, 커버부(112, 113)의 두께(tc)는 특별히 한정할 필요는 없다.
다만, 적층형 전자 부품의 소형화 및 고용량화를 보다 용이하게 달성하기 위하여 커버부(112, 113)의 두께(tc)는 100 μm 이하일 수 있고, 바람직하게는 30 μm 이하일 수 있으며, 초소형 제품에서는 보다 바람직하게 20 μm 이하일 수 있다.
여기서, 커버부(112, 113)의 두께(tc)는 커버부(112, 113)의 제1 방향 크기를 의미할 수 있다. 또한, 커버부(112, 113)의 두께(tc)는 커버부(112, 113)의 평균 두께(tc)를 의미할 수 있으며, 커버부(112, 113)의 제1 방향 평균 크기를 의미할 수 있다.
커버부(112, 113)의 제1 방향 평균 크기는 바디(110)의 제1 및 제2 방향 단면(cross-section)을 1만 배율의 주사전자현미경(SEM)으로 이미지를 스캔하여 측정할 수 있다. 보다 구체적으로, 스캔된 이미지에서 하나의 커버부를 제2 방향으로 등간격인 30개의 지점에서 두께를 측정한 평균값일 수 있다.
한편, 바디(110)의 제3 방향 양 단면(end-surface) 상에는 사이드 마진부(114, 115)가 배치될 수 있다.
보다 구체적으로, 사이드 마진부(114, 115)는 바디(110)의 제5 면(5)에 배치된 제1 사이드 마진부(114) 및 제6 면(6)에 배치된 제2 사이드 마진부(115)를 포함할 수 있다. 즉, 사이드 마진부(114, 115)는 바디(110)의 제3 방향 양 단면(end-surface)에 배치될 수 있다.
사이드 마진부(114, 115)는 도시된 바와 같이, 바디(110)의 제1 및 제3 방향 단면(cross-section)을 기준으로, 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)의 제3 방향 양 끝단과 바디(110)의 경계면 사이의 영역을 의미할 수 있다.
사이드 마진부(114, 115)는 기본적으로 물리적 또는 화학적 스트레스에 의한 내부 전극(121, 122)의 손상을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
사이드 마진부(114, 115)는 세라믹 그린시트 상에 사이드 마진부(114, 115)가 형성될 곳을 제외하고 도전성 페이스트를 도포하여 내부 전극(121, 122)을 형성하고, 내부 전극(121, 122)에 의한 단차를 억제하기 위하여, 적층 후의 내부 전극(121, 122)이 바디(110)의 제5 및 제6 면(5, 6)으로 노출되도록 절단한 후, 단일 유전체층(111) 또는 2 개 이상의 유전체층(111)을 용량 형성부(Ac)의 제3 방향 양 단면(end-surface)에 제3 방향으로 적층하여 형성할 수도 있다.
제1 사이드 마진부(114) 및 제2 사이드 마진부(115)는 내부 전극(121, 122)을 포함하지 않으며, 유전체층(111)과 동일한 재료를 포함할 수 있다. 즉, 제1 사이드 마진부(114) 및 제2 사이드 마진부(115)는 세라믹 재료를 포함할 수 있으며, 예를 들어 티탄산바륨(BaTiO3)계 세라믹 재료를 포함할 수 있다.
이때, 용량 형성부(Ac)에 포함되는 지르코늄(Zr)의 함량은 후술하는 두 단계의 해쇄를 거친 지르코니아 비즈로 인한 투입 함량일 수 있다. 다만, 특별히 이에 제한되는 것은 아니고, 지르코늄(Zr) 원소를 포함하는 첨가제 투입에 의한 것일 수 있다.
한편, 제1 및 제2 사이드 마진부(114, 115)의 폭(wm)은 특별히 한정할 필요는 없다.
다만, 적층형 전자 부품(100)의 소형화 및 고용량화를 보다 용이하게 달성하기 위하여 제1 및 제2 사이드 마진부(114, 115)의 폭(wm)은 100 μm 이하일 수 있고, 바람직하게는 30 μm 이하일 수 있으며, 초소형 제품에서는 보다 바람직하게 20 μm 이하일 수 있다.
여기서, 사이드 마진부(114, 115)의 폭(wm)은 사이드 마진부(114, 115)의 제3 방향 크기를 의미할 수 있다. 또한, 사이드 마진부(114, 115)의 폭(wm)은 사이드 마진부(114, 115)의 평균 폭(wm)을 의미할 수 있으며, 사이드 마진부(114, 115)의 제3 방향 평균 크기를 의미할 수 있다.
사이드 마진부(114, 115)의 제3 방향 평균 크기는 바디(110)의 제1 및 제3 방향 단면(cross-section)을 1만 배율의 주사전자현미경(SEM)으로 이미지를 스캔하여 측정할 수 있다. 보다 구체적으로, 스캔된 이미지에서 하나의 사이드 마진부를 제1 방향으로 등간격인 30개의 지점에서 제3 방향 크기를 측정한 평균값일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 세라믹 전자 부품(100)이 2개의 외부 전극(131, 132)을 갖는 구조를 설명하고 있지만, 외부 전극(131, 132)의 개수나 형상 등은 내부 전극(121, 122)의 형태나 기타 다른 목적에 따라 바뀔 수 있을 것이다.
외부 전극(131, 132)은 바디(110) 상에 배치되어 내부 전극(121, 122)과 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 외부 전극(131, 132)은 바디(110)의 제3 및 제4 면(3, 4)에 각각 배치되며, 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)과 각각 연결되는 제1 및 제2 외부 전극(131, 132)을 포함할 수 있다. 즉, 제1 외부 전극(131)은 바디의 제3 면(3)에 배치되어 제1 내부 전극(121)과 연결될 수 있으며, 제2 외부 전극(132)은 바디의 제4 면(4)에 배치되어 제2 내부 전극(122)과 연결될 수 있다.
외부 전극(131, 132)은 금속 등과 같이 전기 전도성을 갖는 것이라면 어떠한 물질을 사용하더라도 형성될 수 있고, 전기적 특성, 구조적 안정성 등을 고려하여 구체적인 물질이 결정될 수 있으며, 나아가 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 외부 전극(131, 132)은 바디(110)에 배치되는 전극층(131a, 132a) 및 전극층(131a, 132a) 상에 배치되는 도금층(131b, 132b)을 포함할 수 있다.
전극층(131a, 132a)에 대한 보다 구체적인 예를 들면, 전극층(131a, 132a)은 도전성 금속 및 글라스를 포함한 소성 전극이거나, 도전성 금속 및 수지를 포함한 수지계 전극일 수 있다.
또한, 전극층(131a, 132a)은 바디(110) 상에 소성 전극 및 수지계 전극이 순차적으로 형성된 형태일 수 있다.
또한, 전극층(131a, 132a)은 바디(110) 상에 도전성 금속을 포함한 시트를 전사하는 방식으로 형성되거나, 소성 전극 상에 도전성 금속을 포함한 시트를 전사하는 방식으로 형성된 것일 수 있다.
전극층(131a, 132a)에 사용되는 도전성 금속은 정전 용량 형성을 위해 상기 내부 전극(121, 122)과 전기적으로 연결될 수 있는 재질이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 니켈(Ni), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 주석(Sn), 텅스텐(W), 티타늄(Ti) 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 전극층(131a, 132a)은 상기 도전성 금속 분말에 글라스 프릿을 첨가하여 마련된 도전성 페이스트를 도포한 후 소성함으로써 형성될 수 있다.
도금층(131b, 132b)은 실장 특성을 향상시키는 역할을 수행한다.
도금층(131b, 132b)의 종류는 특별히 한정하지 않으며, 니켈(Ni), 주석(Sn), 팔라듐(Pd) 및 이들의 합금 중 하나 이상을 포함하는 단일한 층의 도금층(131b, 132b)일 수 있고, 복수의 층으로 형성될 수 있다.
도금층(131b, 132b)에 대한 보다 구체적인 예를 들면, 도금층(131b, 132b)은 Ni 도금층 또는 Sn 도금층일 수 있으며, 전극층(131a, 132a) 상에 Ni 도금층 및 Sn 도금층이 순차적으로 형성된 형태일 수 있고, Sn 도금층, Ni 도금층 및 Sn 도금층이 순차적으로 형성된 형태일 수 있다. 또한, 도금층(131b, 132b)은 복수의 Ni 도금층 및/또는 복수의 Sn 도금층을 포함할 수도 있다.
이하에서, 본 발명의 일 실시예에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
적층 세라믹 커패시터에 사용되는 유전체 슬러리에 포함된 유전체 입자를 슬러리를 분산하기 위해 지르코니아 비즈(zirconia beads)를 미디어(media)로 이용하여 분산을 진행하고 있으며, 분산에 의해 유전체 입자들의 응집/뭉침을 해소하여 비표면적 및 입성장이 향상될 수 있다. 유전체 슬러리에 포함된 유전체 입자의 입도가 불균일 할 경우, 소성 시 유전체 결정립의 산포를 유발하고, 유전체 결정립 크기가 불균일 해질 수 있다. 이는, 적층 세라믹 커패시터의 쇼트(short) 발생 또는 절연파괴전압(BDV: breakdown voltage) 저하의 원인이 될 수 있다.
보다 구체적으로, 유전체 분말 제작 시, 건조 과정이 수반될 수 있는데, 이때, 유전체 입자끼리 네킹(necking)이 진행하는 현상, 즉 건조 뭉침이 발생할 수 있다. 이러한 유전체 분말의 건조 뭉침을 해결하고, 목표로 하는 비표면적의 확보를 위해 지르코니아 비즈를 이용하여 분산을 진행하고 있다. 이로 인해 유전체 슬러리 내 유전체 입자의 입도 산포 불균일 및 소성 후 유전체 결정립 산포가 증가하는 부효과가 발생할 수 있다.
또한, 지르코니아 비즈의 마모로 인해 유전체 슬러리 내부로 지르코늄(Zr) 성분이 불순문의 형태로 유입이 되며, 이는 유전체 소성 시 입계(grain boundary) 이동도를 늦추어 입성장을 억제하는 부효과를 야기할 수 있다. 유입되는 지르코늄(Zr) 성분이 일정할 경우 소성 제어가 가능하나, 분산 설비 내부에서 지르코니아 비즈의 마모량이 일정하지 않기 때문에 소성 공정 중 유전체 결정립의 산포를 야기하게 되고, 추가적으로, 분산 시간이 증가할수록 지르코늄(Zr)의 유입량이 증가하게 되어 부효과는 더욱 심해질 수 있으므로, 지르코늄(Zr) 불순물의 유입을 제어하는 것이 중요하다.
이에, 본 발명은 지르코늄(Zr) 불순물의 유입을 최소화하여, 유전체 슬러리 내부의 유전체 입자의 크기 산포 및 소성 후 유전체 결정립의 크기를 균일하고 개선된 산포를 구현함으로써, 유전용량 향상, 쇼트 단락 및 전계 집중 현상에 의한 절연파괴전압을 억제할 수 있는 효과가 있다.
종래의 분산 방법은, 유전체 분말과 용제, 분산제를 칭량하여 투입한 후, 지르코니아 비즈를 이용하여, 일정 시간 동안 동일 주속으로 분산을 진행하여 목표로 하는 비표면적(BET)을 달성하는 방법을 이용하였다. 그러나, 이에 의할 경우 지르코늄(Zr) 불순물 유입의 제어가 용이하지 않고, 분산 시간이 길어짐에 따라 불순물 유입 함량이 많아질 수 있다.
이에, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 유전체층의 원료가 되는 유전체 슬러리를 분산하는 공정 단계를 두 단계로 나누어 진행할 수 있다.
먼저, 상대적으로 느린 주속으로 유전체 입자 간에 발생한 뭉침을 해소하고 약한 결합을 분리하는 약해쇄(soft milling) 단계를 일정 시간 동안 진행한다. 약해쇄 단계를 진행하는 동안에는 느린 주속으로 인해 불순물의 유입이 없거나 거의 없을 수 있다.
이후 약해쇄의 주속보다 빠른 주속으로 분산을 진행함으로써 유전체 입자의 비표면적(BET)을 제어하여 유전체 입자의 크기를 균일하게 형성하는 강해쇄(hard milling) 단계를 일정 시간 동안 진행한다. 강해쇄 단계를 진행함으로써 목표로 하는 유전체 입자의 비표면적(BET)에 도달하는 공정 시간을 감소시켜, 불순물의 유입을 최소화할 수 있다.
해쇄 단계를 두 단계로 나누어 진행함으로써, 목표로 하는 유전체 입자의 비표면적(BET)에 도달하는 공정 시간을 감소할 수 있으며, 지르코늄(Zr) 불순물의 유입을 최소화하여 소결 특성 제어를 보다 원활하게 할 수 있는 효과가 있다.
두 단계의 해쇄를 진행함에 따라 제조된 본 발명의 일 실시예인 적층형 전자 부품(100)은, 커버부(112, 113)에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량 대비 용량 형성부(Ac) 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량의 비율은 0.55 이상 1.00 이하를 만족할 수 있으며, 용량 형성부(Ac)에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량은 1073 ppm 이상 1950 ppm 이하를 만족할 수 있다.
용량 형성부(Ac)에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량이 1073 ppm 이상 1950 ppm 이하를 만족함으로써, 유전체 결정립의 입성장을 제어할 수 있고, 미세하고 균일한 크기의 유전체 결정립을 형성할 수 있어, 신뢰성이 향상될 수 있다.
용량 형성부(Ac)에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량이 1073 ppm 미만일 경우, 유전체 결정립의 크기가 작아 충분한 유전용량을 구현하기 어려울 수 있다. 용량 형성부(Ac)에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량이 1950 ppm 초과일 경우, 과도한 지르코늄의 함량으로 인해 유전체 입자의 소결력을 저하시켜 충분한 유전용량이 확보되기 어려울 수 있으며, 용량 확보를 위해서 소성 온도를 증가하게 될 경우, 내부 전극 뭉침 등의 부효과가 발생할 수 있다.
여기서, 용량 형성부(Ac)에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량은 지르코늄(Zr) 원소를 포함하는 첨가제를 투입하지 않은 결과일 수 있다. 즉, 지르코니아 비즈로부터 투입된 불순물의 함량에 해당할 수 있다.
지르코늄 첨가제를 투입하는 경우에 있어서 미세하고 균일한 크기의 유전체 입자를 제조하기 위해서는 지르코니아 비즈로 인한 불순물 유입 함량이 과도할 수 있다. 또는, 지르코니아 비즈로 인한 불순물 유입 함량을 조절하여 지르코늄 함량을 제어하는 경우에는 미세하고 균일한 크기의 유전체 입자를 제조하기 어려울 수 있다.
용량 형성부(Ac)에 포함된 지르코늄의 평균 함량을 측정하는 방법은 다음과 같으며, 커버부(112, 113) 또는 사이드 마진부(114, 115)에 포함된 지르코늄의 평균 함량을 측정하는 방법과 동일할 수 있다.
유전체층에서 각 원소의 함량을 측정하는 방법의 예를 설명하고자 한다. 비파괴 공법의 경우, TEM-EDS를 이용해 칩의 중앙부에서 유전체 그레인 내부의 성분을 분석할 수 있다. 소결이 완료된 바디의 단면 중 유전체 층을 포함하는 영역에서 집속이온빔(FIB) 장비를 이용하여 박편화된 분석시료를 준비한다. 그리고 박편화된 시료를 Ar 이온 밀링을 이용하여 표면의 데미지층을 제거하며 이후 STEM-EDS를 이용하여 얻어진 이미지에서 각 성분의 맵핑(mapping)과 정량 분석을 진행한다. 이 경우, 각 성분의 정량 분석 그래프는 각 원소의 질량 분율(wt%)로 얻어질 수 있는데, 이를 몰 분율(mol%)로 환산하여 나타낼 수 있다.
또한 파괴공법의 경우, 적층형 커패시터를 분쇄하고 내부전극을 제거한 후 유전체층 부분을 선별하고, 이렇게 선별된 유전체층을 유도결합플라즈마 분광분석기(ICP-OES), 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP-MS) 등의 장치를 이용하여 유전체의 성분을 분석할 수 있다.
또한, 지르코늄의 함량을 제어함으로써, 용량 형성부(Ac)의 중앙 영역(a1)에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기는 200 nm 이상 300 nm 이하이고, 유전체 결정립의 크기에 대한 표준 편차는 100 nm 이상 130 nm 이하일 수 있다.
두 단계의 해쇄 과정을 거침에 따라 미세하고 균일한 크기의 유전체 입자를 제조할 수 있고, 지르코늄에 의한 소결 특성을 제어함으로써, 평균 크기 200 nm 이상 300 nm 이하 및 표준 편차 100 nm 이상 130 nm 이하의 미세하고 균일한 크기의 유전체 결정립을 형성할 수 있다.
유전체 결정립의 평균 크기가 200 nm 이상 300 nm 이하를 만족함으로써, 유전 용량이 개선될 수 있으며, 크기에 대한 표준 편차가 100 nm 이상 130 nm 이하를 만족함으로써, 절연파괴전압 및 신뢰성을 개선할 수 있으며, 특성 제어를 보다 용이하게 할 수 있다.
유전체 결정립의 평균 크기가 200 nm 미만일 경우, 목표로 하는 유전 특성을 구현하기 어렵거나 소결이 진행되지 않을 수 있으며, 유전체 결정립의 평균 크기가 300 nm 초과일 경우, 절연파괴전압 또는 신뢰성이 저하될 수 있다.
유전체 결정립의 크기에 대한 표준 편차의 하한은 특별히 제한하지 않고 그 크기가 작을수록 산포가 개선되는 것으로써 바람직하다고 보나, 실질적으로 이를 제어하는 것이 어려울 수 있어 하한을 100 nm 로 제한한 것이다. 유전체 결정립의 크기에 대한 표준 편차가 130 nm 초과일 경우, 유전체 결정립 간 크기 편차가 커져 전계집중현상으로 인한 절연파괴전압이 발생하거나, DF(dissipation factor)가 증가할 우려가 있다.
용량 형성부(Ac)의 중앙 영역(a1)은, 바디(110)의 제2 방향 1/2 지점에서의 제1 및 제3 방향 단면(cross-section)을 기준으로, 제1 방향 및 제3 방향 중앙부에 위치한 4 μm × 4 μm 크기의 영역을 의미할 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.
유전체 결정립의 크기는 유전체 결정립의 중심점을 지나는 최소 직선 크기 및 최대 직선 크기의 평균값을 의미할 수 있다.
한편, 유전체 결정립의 평균 크기 및 표준 편차는 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하였을 때 존재하는 유전체 결정립들의 크기를 측정한 값일 수 있다.
하기 수학식 1을 참조하면, 유전체 결정립 크기의 표준 편차는, 유전체 결정립의 크기를 측정한 값에서 평균 크기를 뺀 값을 의미하는 편차를 제곱하여 모두 더해 총합을 구한 후, 상기 총합을, 측정한 유전체 결정립들의 수에서 1을 뺀 값으로 나눈 값을 의미하는 분산에 제곱근을 취해 구한 것일 수 있다.
표준 편차는 값의 분포가 균일하고 고른 정도를 나타내며, 그 크기가 작을수록 균일한 크기의 결정립을 가지는 것을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 용량 형성부(Ac) 중 커버부(112, 113)에 인접한 영역(a3)에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기는 130 nm 이상 150 nm 이하일 수 있다.
이때, 용량 형성부(Ac) 중 커버부(112, 113)에 인접한 영역(a3)에 포함된 유전체 결정립의 크기에 대한 표준 편차는 70 nm 이상 90 nm 이하일 수 있다.
여기서, 용량 형성부(Ac) 중 커버부(112, 113)에 인접한 영역(a3)이란, 용량 형성부(Ac)의 제1 방향으로 최외측에 배치되어 있는 내부 전극(121, 122)에 인접한 유전체층(111)을 포함하는 영역을 의미할 수 있다.
보다 구체적으로, 용량 형성부(Ac) 중 상부 커버부(112)에 인접한 영역(a3)은, 제1 방향으로 최외측 상부에 배치된 내부 전극(121, 122)에 인접한 유전체층(111)을 포함하는 영역을 의미할 수 있고, 용량 형성부(Ac) 중 하부 커버부(113)에 인접한 영역은, 제1 방향으로 최외측 하부에 배치된 내부 전극(121, 122)에 인접한 유전체층(111)을 포함하는 영역을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 용량 형성부(Ac) 중 커버부(112, 113)에 인접한 영역(a3)은, 바디(110)의 제2 방향 1/2 지점에서의 제1 및 제3 방향 단면(cross-section)을 기준으로, 제3 방향 중앙에서 제1 방향 끝단부에 위치한 4 μm × 2 μm (제3 방향 × 제1 방향) 크기의 영역을 의미할 수 있다.
도 7에서는 상부 커버부(112)에 인접한 영역(a3)만 도시하였으나, 하부 커버부(113)에 인접한 영역도 전술한 설명과 동일한 영역, 즉 용량 형성부(Ac)의 중심을 지나는 제3 방향 직선을 기준으로 대칭한 영역을 의미할 수 있다.
유전체 결정립의 평균 크기 및 표준 편차는 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하였을 때 존재하는 유전체 결정립들의 크기를 측정한 값일 수 있다.
용량 형성부(Ac) 중 커버부(112, 113)에 인접한 영역(a3)에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기가 130 nm 이상 150 nm 이하인 경우, 기공(pore)의 수가 적고 치밀도가 개선되어 외부의 수분 침투 등을 효과적으로 억제할 수 있어 내습 신뢰성이 향상될 수 있으며, 외부의 충격에 대한 내강성이 우수할 수 있다.
또한, 크기에 대한 표준 편차가 70 nm 이상 90 nm 이하인 경우, 절연파괴전압 및 신뢰성을 개선할 수 있으며, 특성 제어를 보다 용이하게 할 수 있다.
유전체 결정립의 크기에 대한 표준 편차의 하한은 특별히 제한하지 않고 그 크기가 작을수록 산포가 개선되는 것으로써 바람직하다고 보나, 실질적으로 이를 제어하는 것이 어려울 수 있어 하한을 70 nm 로 제한한 것이다. 유전체 결정립의 크기에 대한 표준 편차가 90 nm 초과일 경우, 유전체 결정립 간 크기 편차가 커져 전계집중현상으로 인한 절연파괴전압이 발생하거나, DF(dissipation factor)가 증가할 우려가 있다.
용량 형성부(Ac) 중 커버부(112, 113)에 인접한 영역(a3)에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기 및 크기에 대한 표준 편차는, 유전체 슬러리의 입도 분포를 위한 2 단계 해쇄 공정 중, 약해쇄와 강해쇄의 공정 조건을 제어하여 구현하고자 하는 특성에 맞추어 적절히 조절할 수 있다.
다만, 특별히 이에 제한되는 것은 아니며, 후술하는 커버부(112, 113)에 포함된 지르코늄의 평균 함량이 용량 형성부(Ac)에 포함된 지르코늄의 평균 함량보다 높기 때문에, 용량 형성부(Ac) 중 커버부(112, 113)에 인접한 영역에 배치되어 있는 유전체 결정립들의 입성장에 영향을 준 결과일 수 있다.
커버부(112, 113)에 포함되는 유전체층은, 용량 형성부(Ac)에 포함되는 유전체층과 동일한 원료를 사용할 수 있으나, 제조 공정은 상이할 수 있다. 예를 들어, 유전체 슬러리의 분산 시, 두 단계의 해쇄 과정을 거치는 것이 아니라, 종래의 동일한 주속을 일정 시간 동안 한 단계로 진행하는 분산과정을 거친 것일 수 있다.
유전 용량에 기여하는 용량 형성부(Ac)의 유전체 슬러리의 입도 분포를 개선하면 충분하고, 유전 용량에 기여하지 않는 커버부(112, 113)의 유전체 슬러리의 입도 분포를 개선하는 것은 불필요하기 때문이다.
이에, 커버부(112, 113)에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량이 용량 형성부(Ac)에 포함된 지르코늄(Ac)의 평균 함량보다 높을 수 있으며, 이러한 과정으로 인해, 용량 형성부(Ac)에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량 대비 커버부(112,113)에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량의 비율은 0.55 이상 1.00 이하를 만족할 수 있다.
보다 구체적으로, 커버부(112, 113)에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량은 1950 ppm 초과일 수 있다.
커버부(112, 113)에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량은 유전체층의 소결이 진행될 수 있는 2910 ppm 미만이 바람직할 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니며, 유전체의 소결이 진행될 수 있는 지르코늄(Zr)의 함량이면 충분하다.
커버부(112, 113)에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량이 상대적으로 높기 때문에, 유전체 결정립의 입성장을 촉진시킬 수 있으며, 커버부(112, 113)에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기는, 용량 형성부(Ac)의 중앙 영역(a1)에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기보다 클 수 있다.
여기서, 커버부(112, 113)에 포함된 유전체 결정립의 크기는, 커버부(112, 113)의 제2 방향 1/2 지점에서의 제1 및 제3 방향 단면(cross-section)을 기준으로, 제1 방향 및 제3 방향 중앙에서 4 μm × 2 μm (제3 방향 × 제1 방향) 크기의 영역(c1)에 존재하는 유전체 결정립들의 크기를 측정한 값일 수 있다.
도 7에서는 상부 커버부(112)의 영역(c1)만 도시하였으나, 하부 커버부(113)의 영역도 전술한 설명과 동일한 영역에서 유전체 결정립의 크기를 측정할 수 있다.
유전체 결정립의 평균 크기 및 표준 편차는 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하였을 때 존재하는 유전체 결정립들의 크기를 측정한 값일 수 있다.
전술한 바와 같이, 커버부(112, 113)는 용량 형성부(Ac) 또는 내부 전극(121, 122)을 보호하는 역할을 수행하기도 하므로, 커버부(112, 113)에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기가 용량 형성부(Ac)의 중앙 영역(a1)에 포함된 유전체 결정립보다 크게 형성함으로써 기계적 강도를 증대시킬 수 있으며, 외부의 충격에도 박리(delamination) 또는 크랙(crack)이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 용량 형성부(Ac) 중 사이드 마진부(114, 115)에 인접한 영역(a4)에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기는 200 nm 이상 250 nm 이하일 수 있다.
이때, 용량 형성부(Ac) 중 사이드 마진부(114, 115)에 인접한 영역(a4)에 포함된 유전체 결정립의 크기에 대한 표준 편차는 100 nm 이상 115 nm 이하일 수 있다.
여기서, 용량 형성부(Ac) 중 사이드 마진부(114, 115)에 인접한 영역(a4)이란, 용량 형성부(Ac)의 제3 방향으로 최외측에 배치되어 있는 유전체층(111)을 포함한 영역을 의미할 수 있다.
보다 구체적으로, 용량 형성부(Ac) 중 제1 사이드 마진부(114)에 인접한 영역은, 유전체층(111)의 제3 방향 좌측 끝단을 포함하는 영역을 의미할 수 있고, 용량 형성부(Ac) 중 제2 사이드 마진부(115)에 인접한 영역은, 유전체층(111)의 제3 방향 우측 끝단을 포함하는 영역을 의미할 수 있다.
용량 형성부(Ac) 중 사이드 마진부(114, 115)에 인접한 영역(a4)은, 바디(110)의 제2 방향 1/2 지점에서의 제1 및 제3 방향 단면(cross-section)을 기준으로, 제1 방향 중앙에서 제3 방향 끝단부에 위치한 2 μm × 4 μm (제3 방향 × 제1 방향) 크기의 영역을 의미할 수 있다.
도 7에서는 제2 사이드 마진부(115)에 인접한 영역(a4)만 도시하였으나, 제1 사이드 마진부(114)에 인접한 영역도 전술한 설명과 동일한 영역, 즉 용량 형성부(Ac)의 중심을 지나는 제1 방향 직선을 기준으로 대칭한 영역을 의미할 수 있다.
유전체 결정립의 평균 크기 및 표준 편차는 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하였을 때 존재하는 유전체 결정립들의 크기를 측정한 값일 수 있다.
용량 형성부(Ac) 중 사이드 마진부(114, 115)에 인접한 영역(a4)에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기가 200 nm 이상 250 nm 이하인 경우, 충분한 유전 용량을 확보하는데 용이할 수 있다.
또한, 크기에 대한 표준 편차가 100 nm 이상 115 nm 이하인 경우, 절연파괴전압 및 신뢰성을 개선할 수 있으며, 특성 제어를 보다 용이하게 할 수 있다.
유전체 결정립의 평균 크기가 200 nm 미만일 경우, 충분한 유전 용량을 구현하기 어려울 수 있으며, 유전체 결정립의 평균 크기가 250 nm 초과일 경우, 전계집중현상에 의한 절연파괴전압 및 신뢰성이 저하될 우려가 있다.
유전체 결정립의 크기에 대한 표준 편차의 하한은 특별히 제한하지 않고 그 크기가 작을수록 산포가 개선되는 것으로써 바람직하다고 보나, 실질적으로 이를 제어하는 것이 어려울 수 있어 하한을 100 nm 로 제한한 것이다. 유전체 결정립의 크기에 대한 표준 편차가 115 nm 초과일 경우, 유전체 결정립 간 크기 편차가 커져 전계집중현상으로 인한 절연파괴전압이 발생하거나, DF(dissipation factor)가 증가할 우려가 있다.
용량 형성부(Ac) 중 사이드 마진부(114, 115)에 인접한 영역(a4)에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기 및 크기에 대한 표준 편차는, 사이드 마진부(114, 115)에 포함된 지르코늄의 평균 함량이 용량 형성부(Ac)에 포함된 지르코늄의 평균 함량보다 높기 때문에, 용량 형성부(Ac) 중 사이드 마진부(114, 115)에 인접한 영역에 배치되어 있는 유전체 결정립들의 입성장에 영향을 준 결과일 수 있다.
사이드 마진부(114, 115)에 포함되는 유전체층(111)은, 용량 형성부(Ac)에 포함되는 유전체층(111)과 동일한 원료를 사용할 수 있으나, 제조 공정은 상이할 수 있다. 예를 들어, 유전체 슬러리의 분산 시, 두 단계의 해쇄 과정을 거치는 것이 아니라, 종래의 동일한 주속을 일정 시간 동안 한 단계로 진행하는 분산과정을 거친 것일 수 있다.
유전 용량에 기여하는 용량 형성부(Ac)의 유전체 슬러리의 입도 분포를 개선하면 충분하고, 유전 용량에 기여하지 않는 사이드 마진부(114, 115)의 유전체 슬러리의 입도 분포를 개선하는 것은 불필요하기 때문이다.
이에, 사이드 마진부(114, 115)에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량이 용량 형성부(Ac)에 포함된 지르코늄(Ac)의 평균 함량보다 높을 수 있다.
보다 구체적으로, 사이드 마진부(114, 115)에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량은 1950 ppm 초과일 수 있다.
사이드 마진부(114, 115)에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량은 유전체층의 소결이 진행될 수 있는 2910 ppm 미만이 바람직할 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니며, 유전체의 소결이 진행될 수 있는 지르코늄(Zr)의 함량이면 충분하다.
사이드 마진부(114, 115)에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량이 상대적으로 높기 때문에, 유전체 결정립의 입성장을 촉진시킬 수 있으며, 사이드 마진부(114, 115)에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기는, 용량 형성부(Ac)의 중앙 영역(a1)에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기보다 클 수 있다.
여기서, 사이드 마진부(114, 115)에 포함된 유전체 결정립의 크기는, 사이드 마진부(112, 113)의 제2 방향 1/2 지점에서의 제1 및 제3 방향 단면(cross-section)을 기준으로, 제1 방향 및 제3 방향 중앙에서 2 μm × 4 μm (제3 방향 × 제1 방향) 크기의 영역에 존재하는 유전체 결정립들의 크기를 측정한 값일 수 있다.
유전체 결정립의 평균 크기 및 표준 편차는 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하였을 때 존재하는 유전체 결정립들의 크기를 측정한 값일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 용량 형성부(Ac) 중 커버부(112, 113)와 상기 사이드 마진부(114, 115)에 동시에 인접한 영역(a2)에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기는 160 nm 이상 180 nm 이하일 수 있다.
이때, 용량 형성부(Ac) 중 커버부(112, 113)와 사이드 마진부(114, 115)에 동시에 인접한 영역(a2)에 포함된 유전체 결정립의 크기에 대한 표준 편차는 80 nm 이상 90 nm 이하일 수 있다.
여기서, 용량 형성부(Ac) 중 커버부(112, 113)와 사이드 마진부(114, 115)에 동시에 인접한 영역(a2)은, 용량 형성부(Ac)의 제1 방향 및 제3 방향 끝부분에 배치되어 있는 유전체층(111)을 포함한 영역을 의미할 수 있다. 즉, 용량 형성부(Ac)의 코너에 배치된 영역을 의미할 수 있다.
보다 구체적으로, 용량 형성부(Ac) 중 상부 커버부(112) 및 제2 사이드 마진부(115)에 인접한 영역(a2)은, 제1 방향으로 최외측 상부에 배치된 내부 전극(121, 122)에 인접한 유전체층(111)의 제3 방향 우측 끝단을 포함하는 영역인 우측 상부를 의미할 수 있다.
또한, 도 7에서는 상부 커버부(112) 및 제2 사이드 마진부(115)와 동시에 접하는 인접한 영역(a2)만 도시하였으나, 커버부 및 사이드 마진부와 동시에 접하는 인접한 영역은, a2 영역과 대칭적인 위치에 해당하는 영역을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상부 커버부(112) 및 제1 사이드 마진부(114)와 동시에 접하는 좌측 상부, 하부 커버부(113) 및 제1 사이드 마진부(114)와 동시에 접하는 인접한 영역인 좌측 상부, 및 하부 커버부(113) 및 제2 사이드 마진부(115)와 동시에 접하는 인접한 영역인 우측 하부를 포함할 수 있다.
한편, 용량 형성부(Ac) 중 커버부(112, 113) 및 사이드 마진부(114, 115)에 동시에 인접한 영역(a2)은, 바디(110)의 제2 방향 1/2 지점에서의 제1 및 제3 방향 단면(cross-section)을 기준으로, 제1 방향 및 제3 방향 끝단부에 위치한 2 μm × 2 μm (제3 방향 × 제1 방향) 크기의 영역을 의미할 수 있다.
용량 형성부(Ac) 중 커버부(112, 113)와 상기 사이드 마진부(114, 115)에 동시에 인접한 영역(a2)에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기가 160 nm 이상 180 nm 이하인 경우, 기공(pore)의 수가 적고 치밀도가 개선되어 외부의 수분 침투 등을 효과적으로 억제할 수 있어 내습 신뢰성이 향상될 수 있으며, 기계적 강도가 향상되어 외부의 충격에 대한 내강성이 우수할 수 있다.
또한, 유전체 결정립의 크기에 대한 표준 편차가 80 nm 이상 90 nm 이하인 경우, 절연파괴전압 및 신뢰성을 개선할 수 있으며, 특성 제어를 보다 용이하게 하 수 있다.
유전체 결정립의 크기에 대한 표준 편차의 하한은 특별히 제한하지 않고 그 크기가 작을수록 산포가 개선되는 것으로써 바람직하다고 보나, 실질적으로 이를 제어하는 것이 어려울 수 있어 하한을 80 nm 로 제한한 것이다. 유전체 결정립의 크기에 대한 표준 편차가 90 nm 초과일 경우, 유전체 결정립 간 크기 편차가 커져 전계집중현상으로 인한 절연파괴전압이 발생하거나, DF(dissipation factor)가 증가할 우려가 있다.
용량 형성부(Ac) 중 커버부(112, 113) 및 사이드 마진부(114, 115)에 동시에 인접한 영역(a1)에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기 및 크기에 대한 표준 편차는, 유전체 슬러리의 입도 분포를 위한 2 단계 해쇄 공정 중, 약해쇄와 강해쇄의 공정 조건을 제어하여 구현하고자 하는 특성에 맞추어 적절히 조절할 수 있다.
다만, 특별히 이에 제한되는 것은 아니며, 커버부(112, 113) 및 사이드 마진부(114, 115)에 포함된 지르코늄의 평균 함량이 용량 형성부(Ac)에 포함된 지르코늄의 평균 함량보다 높기 때문에, 용량 형성부(Ac) 중 커버부(112, 113) 및 사이드 마진부(114, 115)에 인접한 영역(a1)에 배치되어 있는 유전체 결정립들의 입성장에 영향을 준 결과일 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 이는 발명의 구체적인 이해를 돕기 위한 것으로 본 발명의 범위가 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
이하의 표 1은 지르코니아 비즈로 인한 지르코늄(Zr)의 첨가 함량에 따른 결정립 크기를 측정한 데이터이며, 이외에 추가적으로 지르코늄 첨가제를 투입한 것은 아니다.
시험예 1 내지 7의 커버부에 포함된 지르코늄(Zr)의 함량은 1950 ppm으로 제어하였으며, 용량 형성부에 포함되는 지르코늄(Zr)의 함량만 달리하였다.
용량 형성부에 포함된 지르코늄(Zr) 함량은 유전체 슬러리에서 측정한 값이며, 소성 전·후로 지르코늄(Zr)의 함량이 변하지는 않았다.
용량 형성부/커버부 지르코늄(Zr) 비율은, 커버부에 포함된 지르코늄(Zr)의 함량 대비 용량 형성부에 포함된 지르코늄(Zr)의 함량에 대한 비율을 의미한다.
용량 형성부의 중앙영역(a1) 유전체 결정립 크기는, 바디의 제2 방향 1/2 지점에서 제1 및 제3 방향 단면을 기준으로 중앙부의 4 μm × 4 μm 범위에 존재하는 유전체 결정립들의 크기를 측정한 것이며, 평균 크기 및 표준 편차를 계산하여 표 1에 기재하였다. ± 부호를 기준으로 앞에 기재된 크기가 평균 크기이고 뒤에 기재된 크기가 표준 편차 크기이다.
시험예 용량 형성부의 지르코늄(Zr) 함량 (ppm) (용량 형성부/커버부)의 지르코늄(Zr) 함량 비율
 용량 형성부의 유전체 결정립 크기
1 2910 1.49 미소결
2 2470 1.27 미소결
3 1950 1.00 300 nm ± 130 nm
4 1490 0.76 260 nm ± 110 nm
5 1205 0.62 240 nm ± 110 nm
6 1073 0.55 220 nm ± 100 nm
7 900 0.46 190 nm ± 95 nm
시험예 1 및 시험예 2의 경우, 용량 형성부에 포함된 지르코늄(Zr)의 함량이 각각 2910 ppm 및 2470 ppm으로, 지르코늄이 과도하게 첨가되어, 고용되지 않은 지르코늄에 의해 소결력이 저하되고, 이로 인해 유전체 결정립의 입성장이 진행되지 않아 용량 확보가 불가하였다. 또한, 시험예 7의 경우, 용량 형성부에 포함된 지르코늄의 함량이 900 ppm으로, 지르코늄의 투입 함량이 적어 유전체 결정립의 크기가 200 nm 미만으로 형성되었으며, 충분한 유전 용량을 구현하지 못하였다.
반면, 시험예 3 내지 시험예 6의 경우, 용량 형성부에 포함된 지르코늄(Zr)의 함량이 각각 1950 ppm, 1490 ppm, 1205 ppm 및 1073 ppm 으로, 유전체 결정립 평균 크기가 200 nm 이상 300 nm 이하를 만족하고, 표준 편차가 100 nm 이상 130 nm 이하를 만족하여, 유전 용량 특성이 개선됨과 동시에 절연파괴전압 및 신뢰성이 향상되었다.
이하의 표 2는, 상기 표 1의 시험예 2 및 시험예 3에 대해서 가속수명시험(HALT), 내습 신뢰성 평가 및 Step IR 평가를 진행한 것이다.
각 시험예 당 400 개의 칩을 실장하여 평가하였으며, 각 시험마다 불량이라고 평가한 칩의 개수를 카운트하였다.
가속수명시험(HALT: Highly Accelerated Life Test)은 온도 조건 105 ℃, 전압 조건 1.2 Vr에서 3 시간 동안 진행하였으며, 절연 저항(IR) 값이 107 이하로 떨어진 경우, 불량이라고 평가하였다.
내습 신뢰성은 온도 조건 85 ℃, 상대 습도 조건 85 %, 전압 조건 1.2 Vr에서 2 시간 동안 진행하였으며, 절연 저항(IR) 값이 107 이하로 떨어진 경우, 불량이라고 평가하였다.
Step IR 평가는 2 시간마다 전압 조건을 달리하여 평가를 진행하였으며, 4V, 6V, 8V, 10V를 2시간씩 걸어주었을 때, fail되는 칩의 개수를 count하여 불량으로 평가하였다.
이때, 각 구간별로 불량이라고 평가한 칩을 누적적으로 표기하였다.
시험예 HALT 내습 신뢰성 Step IR (Ω)
2hrs@4V 4hrs@6V 6hrs@8V 8hrs@10V
2 3/40 5/40 0/40 2/40 4/40 10/40
3 0/40 0/40 0/40 0/40 1/40 5/40
시험예 2의 경우, 전체 샘플 칩 40 개 중, HALT 평가에서 3개의 칩이 불량으로 평가되었고, 내습 신뢰성 평가에서 5개의 칩이 불량으로 평가되었다. 또한, Step IR 평가에서, 4V 전압 조건에서는 불량이 발생하지 않았으나, 6V 전압 조건에서 2개의 불량 칩이 발생하였고(누적 불량 칩 2개), 8V 전압 조건에서 2개의 불량 칩이 발생하였고(누적 불량 칩 4개), 10V 전압 조건에서 6개의 불량 칩이 발생하였다(누적 불량 칩 10개).
반면, 시험예 3의 경우, 전체 샘플 칩 40 개 중, HALT 평가 및 내습 신뢰성 평가에서 불량이 발생하지 않았다. 또한, Step IR 평가에서, 4V 전압 조건 및 6V 전압 조건에서 불량이 발생하지 않았으며, 8V 전압 조건에서 1개의 불량 칩이 발생하였고, 10V 전압 조건에서 4개의 불량 칩이 발생하였다(누적 불량 칩 5개).
본 발명의 일 실시예인 시험에 3의 평가 결과에 따르면, 2단계 해쇄 공정을 거쳐 지르코니아 비즈로부터 유입되는 불순물의 함량을 제어하는 경우, 미세하고 균일한 크기의 유전체 결정립을 형성할 수 있으며, 유전 용량이 개선되고, 절연파괴전압 등의 전기적 특성 및 내습 신뢰성 등이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 '일 실시예'라는 표현은 서로 동일한 실시예를 의미하지 않으며, 각각 서로 다른 고유한 특징을 강조하여 설명하기 위해서 제공된 것이다. 그러나, 상기 제시된 일 실시예들은 다른 일 실시예의 특징과 결합되어 구현되는 것을 배제하지 않는다. 예를 들어, 특정한 일 실시예에서 설명된 사항이 다른 일 실시예에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 일 실시예에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 일 실시예에 관련된 설명으로 이해될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 일 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시를 한정하려는 의도가 아니다. 이때, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
100: 적층형 전자 부품
110: 바디
111: 유전체층
112, 113: 커버부
114, 115: 사이드 마진부
121, 122: 내부 전극
131, 132: 외부 전극

Claims (16)

  1. 유전체층 및 상기 유전체층과 제1 방향으로 번갈아 배치되는 내부 전극을 포함하는 용량 형성부와, 상기 용량 형성부의 상기 제1 방향 양 단면에 각각 배치되는 커버부를 포함하는 바디; 및
    상기 바디 상에 배치되는 외부 전극; 을 포함하며,
    상기 커버부에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량 대비 상기 용량 형성부에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량의 비율은 0.55 이상 1.00 이하를 만족하고,
    상기 용량 형성부에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량은 1073 ppm 이상 1950 ppm 이하를 만족하며,
    상기 용량 형성부의 중앙 영역에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기는 200 nm 이상 300 nm 이하이고, 크기에 대한 표준 편차는 100 nm 이상 130 nm 이하인
    적층형 전자 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용량 형성부 중 상기 커버부에 인접한 영역에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기는 130 nm 이상 150 nm 이하인
    적층형 전자 부품.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 용량 형성부 중 상기 커버부에 인접한 영역에 포함된 유전체 결정립의 크기에 대한 표준 편차는 70 nm 이상 90 nm 이하인
    적층형 전자 부품.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 커버부에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량은 1950 ppm 초과 2910 ppm 미만인
    적층형 전자 부품.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 커버부에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기는, 상기 용량 형성부의 중앙 영역에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기보다 큰
    적층형 전자 부품.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 바디는, 상기 제1 방향으로 서로 마주보는 제1 및 제2 면, 상기 제1 및 제2 면과 연결되고 제2 방향으로 서로 마주보는 제3 및 제4 면, 상기 제1 내지 제4 면과 연결되고 제3 방향으로 서로 마주보는 제5 및 제6 면을 포함하며,
    상기 바디의 제5 및 제6 면에 각각 배치되는 사이드 마진부; 를 포함하는
    적층형 전자 부품.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 용량 형성부 중 상기 사이드 마진부에 인접한 영역에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기는 200 nm 이상 250 nm 이하인
    적층형 전자 부품.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 용량 형성부 중 상기 사이드 마진부에 인접한 영역에 포함된 유전체 결정립의 크기에 대한 표준 편차는 100 nm 이상 115 nm 이하인
    적층형 전자 부품.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 용량 형성부 중 상기 커버부와 상기 사이드 마진부에 동시에 인접한 영역에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기는 160 nm 이상 180 nm 이하인
    적층형 전자 부품.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 용량 형성부 중 상기 커버부와 상기 사이드 마진부에 동시에 인접한 영역에 포함된 유전체 결정립의 크기에 대한 표준 편차는 80 nm 이상 90 nm 이하인
    적층형 전자 부품.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 사이드 마진부에 포함된 지르코늄(Zr)의 평균 함량은 1950 ppm 초과 2910 ppm 미만인
    적층형 전자 부품.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 사이드 마진부에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기는, 상기 용량 형성부의 중앙 영역에 포함된 유전체 결정립의 평균 크기보다 큰
    적층형 전자 부품.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 유전체층의 상기 제1 방향 평균 크기는 0.6 μm 이하인
    적층형 전자 부품.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 내부 전극의 상기 제1 방향 평균 크기는 0.6 μm 이하인
    적층형 전자 부품.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 커버부의 제1 방향 평균 크기는 각각 20 μm 이하인
    적층형 전자 부품.
  16. 제6항에 있어서,
    상기 사이드 마진부의 제3 방향 평균 크기는 각각 20 μm 이하인
    적층형 전자 부품.
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