KR920006856B1 - 주입전극법에 의한 다층세라믹 축전기의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

주입전극법에 의한 다층세라믹 축전기의 제조방법

제1도는 본 발명의 제조공정을 보인 것으로, 제1a도는 유전체층에 유사전극물질을 형성한 것이고, 제1b도는 유전체층의 적층방법을 보인 것이며, 제1c도는 적층이 완료된 상태이고, 제1d도는 제1c도의 A-A선 단면도이고, 제1e도는 외부전극이 결합된 상태의 축전기이다.

제2도는 기공층내부로 용융금속을 주입하기 위한 장치의 개략단면도.

제3도는 본 발명에 의해 제조된 세라믹 축전기의 미세 구조를 보인 주사전자 현미경 사진.

본 발명은 다층세라믹 축전기의 제조방법에 관한 것으로, 특히 소결과정을 거쳐 유전체층간에 형성된 기공층을 환원시켜 기공층의 표면에너지를 높임으로써 별도의 고압을 가함이 없이 내부전극 형성용 용융금속의 자발적인 주입이 가능하도록 한 주입전극법에 의한 다층세라믹 축전기의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 다층세라믹 축전기는 유전체를 이루고 있는 티탄산바륨의 비교적 높은 유전상수에 기인하여 다른 형태의 축전기에 비해 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라 단위부피당 정전용량을 극대화시킬 수 있는 축전기로 알려져 있다.

이같은 다층세라믹 축전기는 다수의 얇은 층으로 이루어진 유전체와 그 유전체 사이에 위치하는 내부전극이 순차 적층되어 이루어지며, 그 제조방법은 내부전극물질과 세라믹 유전체를 동시에 소결하여 제조하는 방법과 유전체 소결 후 전극물질을 주입하는 방식의 두가지로 대별된다.

이들 두 방법중 전극과 유전체를 동시에 소결하는 방식은 사각시이트(Sheet)상의 얇은 세라믹 유전체층의 일표면에 백금이나 금과 같은 귀금속의 전극형성용 페이스트를 도포하여 이루어진 다수개의 시이트를 적층한 다음 고온 소결을 행하여 세라믹 축전기를 제조하는 것으로서, 이 방법은 내부전극으로서 고온의 산화분위기에서 안정한 Au, Pd, Ag/Pd등과 같은 고가의 귀금속을 사용함에 따라 제조 비용이 높을 뿐만 아니라, 이들 전극물질은 유전체와는 열팽창계수가 상이함에 따라 소결시 전극과 유전체간의 치밀한 접촉에 문제점이 있어 내부전극과 유전체층간의 접촉불량으로 인하여 수율이 저하되는 문제점이 있다.

이와같은 전극과 유전체의 동시 소결법이 지니고 있는 문제점을 해소하기 위하여 고가의 귀금속 전극물질의 사용을 배제하고 대신에 유전층사이에 기공층을 형성하여 그 기공층내로 용융금속을 주입함으로써 내부전극을 형성하는 세라믹 축전기의 제조방법이 미국특허 제 3,679,950호, 제3,965,552호, 제4,030,004호 및 제 4,353,957호에 나타나 있다.

이같은 기공층 형성에 의한 융용금속 주입방법은, 먼저 사각시이트상의 세라믹 유전체상에 스크린프린팅 또는 페인팅에 의해 유기물이 포함된 유사전극재료를 도포하여 이루어진 다수개의 시이트를 적층하여 소결을 행함으로써 유기물의 염소에 의해서 기공층을 얻고, 이후의 공정으로서 이 기공층 내부로 주석, 구리, 알루미늄, 납, 비소 및 인디움등과 같은 융용금속을 주입하여 내부전극을 형성하는 것으로서, 비교적 저렴한 주석등을 내부전극으로 사용함으로써 상기의 귀금속 내부전극을 사용하는 방법에 비해 그 제조비용이 적게들고 또한 고온에서 소결이 행해짐으로써 조직이 치밀하고 유전율이 높은 유전체를 얻을 수 있는 장점이 있다.

그러나, 이 방법은 소결을 통하여 형성된 기공층 내부로 용융금속을 주입시키기 위해서는 약 10기압 이상의 고압을 가해주어야만 하므로 이같은 고압유지를 위해 별도의 복잡한 장치와 공정을 수반하는 결과 축전기의 대량생산이 어렵다는 문제점이 있다.

이에따라, 본 발명은 주입전극법에 의한 다층세라믹 축전기를 제조함에 있어 소결을 통하여 생성된 내부전극 형성용 기공층의 표면에너지를 높임으로써 별도의 고압을 가함이 없이 이후의 용융금속 주입공정이 자발적으로 행해지도록 하는 주입전극법에 의한 다층세라믹 축전기의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 융융전극물질의 자발적인 침투를 가능하도록 하는 새로운 유사전극물질을 제공함에 있다. 특히, 본 발명은 기공층내로 주입되는 금속으로서 저온 용융금속인 납, 주석 및 납과 주석의 합금을 사용하는 바, 이들 금속이 기공층내부로 채워지기 위해서는 우선 웨팅(wetting)을 필요로 하며, 이러한 특성은 기공층 형성재와 주입금속간의 표면에너지에 의하여 결정된다.

이를 열역학적으로 설명하면, 기공층을 이루고 있는 재료의 표면에너지가 융융금속의 표면에너지에 비해 높은 경우에 용융금속의 자발적인 침투가 가능해지므로 상기 내부전극형성용 용융금속을 별도의 고압을 가함이 없이 기공층내부로 주입시키기 위해서는 기공층재료의 표면에너지가 용융금속의 표면에너지에 비해 커야한다. 이에따라 본 발명은 기공층재료의 표면을 높은 에너지로 유지시키기 위한 방편으로 기공층 표면에 금속을 포함시킴으로써 표면에너지를 증가시킨다.

한편, 상기와 같이 기공층 표면에 금속을 포함시킴으로써 표면에너지를 증가시킬 수 있으나 세라믹 소결체의 소결도중에 그 금속은 산화되어 표면에너지가 다시 낮아지게 되므로 본 발명에서는 이같이 소결중에 산화된 금속을 환원분위기에서 열처리하여 다시 환원시킴으로써 기공층이 높은 표면에너지를 유지하도록 한다.

즉, 본 발명은 기공층 재료로서 소결시에는 산화물이 형성되나 유전체가 환원되지 않을 정도의 낮은 온도에서 쉽게 환원되는 금속을 사용하는데, 이러한 물질로 본 발명은 NiO를 사용한다.

특히, NiO는 유전체의 소결시 용융이 되지 않으므로 기공층내의 지주역할을 하는 한편, 비교적 낮은 온도에서도 쉽게 환원되어 티탄산바륨의 반도체화를 억제함과 동시에 기공층의 표면에너지를 금속니켈의 표면에너지에 상응하게 높일 수 있다.

이같은 본 발명의 다층 세라믹 축전기 제조방법을 첨부도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제1도는 본 발명의 다층세라믹 축전기 제조과정을 보여주는 제조 공정도로서, 도시된 바와같이 테잎 성형법에 의하여 사각의 얇은 유전체층(1)을 다수개 성형한 후 그 유전체층(1)의 일면에 유사전극물질(2)을 스크린 인쇄법에 의해 도포함에 있어 그 유사전극물질(2)의 일측단부만이 유전체층(1)의 단부까지 도포되도록 하고 그외의 세단부는 유전체층(1)의 내부에 위치하도록 도포한다. 다음 이와같이 유사전극물질(2)이 도포된 유전체층(1)을 순차적층하되 인접유전체층(1)간에 유사전극물질(2)의 연장단부가 교대로 위치하도록 적층하여 소결한 뒤 기공층내부로 전극물질을 주입한 후 양측면부에 외부전극(3)을 결합하여 본 발명의 세라믹 축전기를 얻는다.

제2도는 소결 후 기공층내부로 내부전극 형성용 용융금속을 침투시키기 위한 장치를 개략적으로 보인 단면도로서, 도시된 바와같이 압력게이지(4), 진공게이지(5), 코크(6) 및 상하승강이 가능한 지지봉(7)등이 구비된 전극주입장치의 내부에 외부에서 가열용융된 용융금속(8)을 위치시킨 상태에서 장치내부의 압력을 적절히 조절한 다음 지지봉(7)의 하단부에 소결공정을 마친 시편(9)을 고정하여 일차적으로 시편(9)내부의 공기를 제거한 다음 그 지지봉(7)을 용융금속(8)을 향해 하강시키게 되면 모세관힘에 의해 용융금속(8)이 시편(9)의 기공층내로 채워지게 된다.

본 발명은 기공층형성을 위한 유사전극물질로서 2NiCO₃-3Ni(OH)₂-4H₂O와 카본블랙을 4 : 1(무게비)로 혼합한 다음, 이 혼합물과 동일중량의 유기재료를 혼합하여 얻어진 것을 사용한다.

한편, NiO를 700℃에서 환원, 열처리하여 주석과 납-주석합금의 용융체간의 접촉각을 측정하여 본 결과, 그 접촉각이 20°-50°로 나타남에 따라 자발적인 침투를 가능하게 하는 표면에너지 요건을 갖추고 있음이 확인되었다.

다음, 제3도는 본 발명 방법에 의해 제조된 다층세라믹 축전기의 미세조직 확대사진으로서, 사진에 흰선으로 나타난 부분이 기공층으로 침투된 내부전극으로서 주석이 기공층을 따라 연속적으로 침투되어 내부전극 역할을 수행하고 있음을 알 수 있다. 그리고, 본 발명에 의해 제조된 축전기의 정전용량은 세라믹 유전체의 유전율과 축전기의 형상으로부터 계산한 정전용량과 비교하여 볼때 약 70%의 값을 나타내는 바, 이는 주입된 주석이 내부전극 역할을 충실히 수행함을 보여준다.

즉, 정전용량의 30%정도의 차이는 기공층 재료와 유전층 사이의 접촉부분에 의한 유효전극면적의 감소에 기인하는 것이다. 이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 주입전극법을 통한 다층세라믹 축전기의 제조시, 별도의 고압을 가함이 없이도 기공층내로 용융금속의 자발적인 침투가 이루어짐으로써 세라믹 축전기의 제조비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

1. 유사전극물질이 도포된 유전체층을 적층소결하여 생성된 기공층에 용융금속을 주입하는 다층세라믹 축전기의 제조방법에 있어서, 소결에 의해 산화된 기공층을 다시 환원시켜 별도의 압력을 가함이 없이 용융금속을 기공층내부로 침투시키는 것을 특징으로 하는 주입전극법에 의한 다층세라믹 축전기의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 유산전극물질로 2NiCO₃-3Ni(OH)₂-4H₂O와 카본블랙의 혼합물을 사용하여 소결후의 기공층을 NiO로 형성함을 특징으로 하는 주입전극법에 의한 다층세라믹 축전기의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 내부전극 형성용 용융금속으로, 납, 주석 또는 납-주석합금을 사용함을 특징으로 하는 주입전극법에 의한 다층세라믹 축전기의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 기공층을 이루는 NiO의 표면을 환원법에 의해 니켈금속으로 환원하여 표면에너지를 금속의 표면에너지에 상응하게 증가시켜 다른 금속과의 접촉성을 향상시킴을 특징으로 하는 주입전극법에 의한 다층세라믹 축전기의 제조방법.

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