KR950005256B1 - 적층 자기 콘덴서 - Google Patents
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Abstract
내용없음
Description
제1도는 적층 자기 콘덴서의 제조공정중 적층 이전의 유전체 자기 쉬트를 보인 사시도.
제2도는 적층 자기 콘덴서의 단면구조도.
본 발명은 니켈을 내부전극으로 사용하는 적층 자기 콘덴서에 관한 것으로, 특히 저산소분압의 환원분위기 소결후에도 높은 유전상수, 낮은 유전손실 및 높은 절연저항이 유지되는 내환원성 유전체 자기 조성물에 관한 것이다.
최근, 적층 자기 콘덴서는 부품자체의 소형화와 단위면적당 높은 정전용량을 나타내는 특성에 기인하여 칼라 텔레비젼, 비디오테이프 레코더, 캠코더 및 오디오 기기 등의 각종 전자제품의 회로소자로 널리 이용 되고 있으며, 앞으로도 그 적용범위는 더욱 확대될 것으로 기대되고 있다.
이와 같은 적층 자기 콘덴서의 내부구조는 제1도의 단면도에 나타나 있듯이 세라믹 유전체(1)의 내부로 내부전극(2)이 형성되고 그 내부전극(2)의 일단부가 외부로 노출된 세라믹 유전체(1)의 양 측면에 외부전극(3)이 형성되어 이루어진 것으로 이같은 적층 자기 콘덴서의 일반적인 제조과정을 제2도에 의거 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
티탄산바륨(BaTiO3)을 주성분으로 하는 유전체 자기 조성으로 얇은 판상의 유전체 자기 그린 쉬트(1')를 복수매 형성하여 그 위에 금속전극 페이스트(2')를 스크린 인쇄한 후 이들 유전체 자기 그린 쉬트(1')를 다수매 순차적층한 상태에서 통상 1250-1400℃의 온도에서 소결함으로써 제1도에 도시된 바의 구조를 갖는 적층 자기 콘덴서가 얻어지게 된다.
이때, 소결공정은 공지중에서 이루어짐에 따라 내부전극으로는 공기중 소결시에도 산화가 발생하기 않는 귀금속적인 백금, 팔라듐 또는 은의 사용이 필수적으로 요구됨으로써 적층 자기 콘덴서의 제조원가에서 귀금속 내부전극이 큰 비중을 차지하여 제조원가를 상승시키는 주된 요인으로 작용하고 있다.
따라서, 적층 자기 콘덴서의 내부전극을 고가의 귀금속 대신 니켈, 철, 코발트 등의 저가의 금속 또는 이들의 합금을 사용함으로써 적층 자기 콘덴서의 제조원가를 절감하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
저가의 니켈, 철, 코발트 등의 금속 또는 이들의 합금을 적층 자기 콘덴서의 내부전극으로 사용하기 위해서는 소결시 이들 금속으로 이루어진 내부전극의 산화를 방지하기 위하여 저산소분압의 환원분위기에서의 소결이 우선적으로 요구된다.
한편, 팔라듐, 은/팔라듐이나 백금 등의 귀금속을 내부전극으로 사용하여 공기중 소결을 통해 제조되는 일반적인 종래의 적층 자기 콘덴서를 유전체 자기는 저산소분압의 환원분위기 소결시 타탄산바륨 유전체 자기의 격자내에 산소결함이 발생하여 유전체 자기가 n-형 반도체화 되어 적층 자기 콘덴서의 비저항이 1MΩ·㎝이하로 급격하게 감소되므로 실제 전자제품에 적용가능한 적층 자기 콘덴서 제품의 제조에 어려움이 따르게 된다.
니켈, 철, 코발트 등의 금속 또는 이들의 합금을 내부전극으로 사용하는 적층 자기 콘덴서를 제조하기 위하여 저산소 분압의 환원분위기 소결시에도 유전체 자기의 높은 절연저항이 유지되는 유전체 조성으로 미국 특허 제4,115,493호에는 티탄산바륨에 산화칼슘을 첨가하여 이루어진 조성물에 나타나 있으며, 또한 독일 특허 DE3524193 A1에는 티탄산바륨에 산화마그네슘을 첨가한 조성물이 개시되어 있다.
이와 같이 티탄산바륨에 산화칼슘이나 산화마그네슘을 0.005몰 이상 첨가한 유전체 조성은 저산소분압의 환원분위기에서 소결하는 경우에는 105MΩ·cm정도의 높은 비저항이 유지되는 특성을 지니고 있다.
그러나, 이와 같은 유전체 조성물로 적층 자기 콘덴서를 제조함에 있어 니켈, 철, 코발트 등의 금속중에서 적층 자기 콘덴서의 내부전극으로 가장 적합한 니켈을 내부전극으로 사용하는 경우에는 소결공정중 내부전극 재료인 니켈의 유전체 자기층으로의 확산에 의하여 유전체 자기의 특성변화가 일어나는 단점이 있다.
즉, 유전체 자기의 결정입자가 미세해져서 유전상수가 감소하여 큐리온도도 저온으로 이동하여 적층 자기 콘덴서의 사용온도 범위에서 최적특성을 얻는데 어려움이 따르게 되는 문제점이 있다.
그리고, 이와 같은 니켈의 확산에 의한 유전특성의 변화정도는 소결온도, 소결시간 및 유전체 자기의 두께에 따라 달라지므로 적층 자기 콘덴서 특성의 균일성을 얻기 위해서는 제조공정중 상기 유전특성의 변화에 영향을 미치는 인자들에 대한 엄격한 제어가 요구되어 제조공정의 복잡화와 적층 자기 콘덴서 제조원가의 상승요인으로 작용하게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 자기의 니켈 또는 니켈합금을 내부전극으로 사용한 적층 자기 콘덴서용 유전체 자기로서 저산소분압의 환원분위기 소결후에도 높은 유전상수, 낮은 유전손실 및 높은 절연저항이 유지되는 내환원성 적층 자기 콘덴서용 유전체 조성물을 제공함에 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 니켈 또는 니켈합금을 내부전극으로 사용하는 적층 자기 콘덴서의 제조시, 내부전극 재료인 니켈의 유전체 내부로서 확산이 방지되어 소결후 유전특성의 변화가 거의 없는 적층 자기 콘덴서용 유전체 조성물 및 동 조성물을 이용한 적층 자기 콘덴서의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 적층 자기 콘덴서용 유전체 자기는 저산소분압의 환원분위기 소결후에도 높은 절연저항을 유지하고, 또한 큐리온도를 조절하여 상온부근에서 최적 유전특성을 얻기 위하여 주성분인 티탄산바륨의 바륨이온중 일부를 스트론튬이온으로 치환하고 티타늄이온의 일부를 니켈이온과 지르코늄이온으로 치환한 것으로 그 조성은 아래와 같다.
이때,
0≤x≤0.2
0.005≤y≤0.1
0≤z≤0.2
상기 본 발명의 조성식에서 x,y,z의 수치한정 이유는 다음과 같다.
먼저, 바륨이온에 대한 스트로튬 치환량을 나타내는 x의 경우 x가 0.2를 초과하게 되면 이차상이 생성되어 유전손실 특성의 악화가 초래되므로 x는 0.2 이하로 유지되어야 한다.
다음으로 티타늄이온에 대한 니켈이온의 치환량을 나타내는 y의 경우 y가 0.005 미만으로 되는 경우 유전체 자기의 조성이 저산소분압의 환원분위기 소결에 의해 비저항이 1MΩ·㎝ 이하로 떨어지게 되어 적층자기 콘덴서의 유전체 재료로 사용하는 것이 불가능하고, y가 0.1 이상으로 되는 경우에는 이차상이 생성되어 유전손실 특성이 약화되므로 0.005≤y≤0.1의 범위가 바람직하다.
티타늄이온의 지르코늄 치환량을 나타내는 z의 경우 0.2를 초래하게 되면 미세조직의 완전한 치밀화가 이루어지지 않으므로 z는 0.2 이하로 유지되어야 한다.
이와 같은 본 발명 조성의 유전체 자기에서는 티탄산바륨의 4가 이온인 티타늄이온을 2가 이온인 니켈이온이 치환하여 저산소 분압의 환원분위기 소결시 발생하는 산소결함에 의하여 형성되는 전자들을 포획함으로써 105MΩ·㎝ 이상의 비저항이 유지되며, 스트론튬이온의 바륨이온 치환과 지르코늄이온의 티타늄이온치환에 의해 큐리온도를 조절하여 상온에서 2,000 이상의 유전상수를 얻을 수 있다.
또한, 유전체 조성물에 산화니켈이 첨가되어 있기 때문에 내부전극 재료인 니켈의 유전체 내로의 확산이 방지되어 적층 자기 콘덴서의 유전측정이 유전체 자기의 유전특성과 달라지는 것을 막을 수 있어 니켈을 내부전극으로 사용하는 적층 자기 콘덴서의 제조시 신뢰성과 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 유전체 조성물은 내부전극으로 니켈이외의 철 또는 코발트를 사용하여 적층 자기 콘덴서를 제조하는 경우에도 니켈을 내부전극으로 사용하는 것과 동등한 특성과 효과를 나타낸다.
본 발명의 실시예는 다음과 같다.
[실시예 1]
우선 순도 99% 이상의 탄산바륨(BaCO3), 산화티타늄(TiO2), 탄산스트론튬( SrCO3), 산화니켈(NiO) 및 산화지르코늄(ZrO2)을 아래의 표 1과 같이 조성식 Ba1-xSrxTi1-y-zNiyZrzO3-y에 일치하도록 칭량하여 습식으로 혼합 및 분쇄하였다. 이때 출발물질로 탄산염 형태의 BaCO3와 SrCO3대신에 산화물 형태인 BaO와 SrO를 사용하는 것도 가능하다. 균일하게 혼합된 유전체 자기조성물을 건조후 공기중에서 1050℃에서 1200℃의 온도로 2시간 하소하고 습식으로 분쇄하였다. 유전체 자기조성물의 전기적 특성 평가를 위해 조성물에 바인더로 PVA수용액을 소량가하여 직경 10mm, 두께 1mm의 원판형태로 일축가압 성형하여 원판형 콘덴서를 제조하였다. 원판형 콘덴서를 소결로에 장입하고 공기중에서 500℃로 유지하여 바인더를 연소 후, 산소분압 10-8MPa에서 10-12MPa범위의 환원분위기 중에서 1300℃ 내지 1400℃의 온도범위에서 2시간 소결하였다. 환원분위기 소결시 로내의 산소분압은 일산화탄소(CO) 가스와 이산화탄소(CO2) 가스를 혼합하여 조절하였으며, 자르코니아 산소센서를 이용하여 로내의 산소분압을 측정하였다. 승온속도는 300℃/h이었으며 냉각속도는 소결온도에서 1000℃까지는 300℃/h이었고 그 이후는 로냉하였다.
소결후 원판형 시편의 양면에 외부전극을 형성한 후, 1kHz의 주파수에서 유전상수와 유전손실을 측정하고 직류전압 100V하에서의 비저항을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[표 1]
상기 표 1에서 시편번호 1,7,12,13,18과 20은 본 발명의 유전체 조성이 아닌 비교예 시편이다.
표 1에서와 같이 본 발명의 조성범위에서는 상온에서 105MΩ·㎝ 이상의 비저항과 2,000 이상의 유전상수 및 3.0% 이하의 유전손실 특성이 얻어졌으나, 본 발명의 범위외의 조성에서는 이와 같은 전기적 특성을 만족할 수 없었다. 티탄산바륨의 Ba이온을 Sr이온으로 0.2몰 이상 치환한 조성의 시편 12,13,18 및 20(x>0.2)과 Ti이온을 Ni이온으로 0.1몰 이상 치환한 조성의 시편 7(y>0.1)에서는 이차상이 생성되어 유전손실 특성이 악화되었다. 또한 Ti이온을 Zr이온으로 0.2몰 이상 치환한 조성(z>0.2)에서는 미세조직의 완전한 치밀화가 이루어지지 않았다. 시편 1과 같이 산화니켈이 0.005몰 이상 치환되지 않은 유전체 자기조성은 저산소분압의 환원분위기 소결에 의해 비저항이 1MΩ·㎝ 이하로 떨어져서 적층 자기 콘덴서의 유전체 재료로 사용이 불가능하였다.
[실시예 2]
본 발명의 조성범위의 유전체 자기를 사용하여 적층 자기 콘덴서를 아래와 같은 방법으로 제조하여 그 전기적 특성을 측정하였다. 우선 순도 99% 이상의 BaCO3, TiO2, SrCO3, NiO 및 ZrO2를 상기 표 1과 같이 조성식 Ba1-xSrxTi1-y-zNiyZrzO3-y에 맞게 칭량하여 습식으로 혼합 및 분쇄하였다. 유전체 자기를 건조후 공기중에서 1050℃에서 1200℃의 온도로 2시간 하소하고 습식으로 분쇄하였다. 하소된 유전체 자기를 PVB등의 유기 바인더와 무게비로 50 : 50으로 잘 혼합하여 슬러리로 만들어 닥터 블레이드법으로 20~50㎛ 두께의 유전체 그린 쉬트로 제조하였다. 이 유전체 그린 쉬트위에 니켈 금속 분말을 유기용매와 수지 등과 혼합하여 제조한 니켈전극 페이스트를 스크린인쇄 혹은 페인팅하여 내부전극을 형성하였다. 니켈전극이 도포된 이와같은 유전체 쉬트를 여러 층에서 수십 층까지 적층한 후 산소분압 10-8MPa에서 10-12MPa 범위의 환원분위기에서 1300℃~1400℃ 범위의 온도로 소결하여 유전체 자기층과 니켈 내부전극층을 일체화시켰다. 다음, 적층소결체의 양측면에 외부전극을 처리하여 적층 자기 콘덴서를 완성하여 전기적 특성을 평가하였다. 그 결과 같은 유전체 조성에서의 적층 자기 콘덴서의 특성은 상기 표 1에 나타낸 원판형 자기콘덴서의 특성과 일치하였다. 즉, 산화니켈이 첨가된 Ba1-xSrxTi1-y-zNiyZrzO3-y내환원성 유전체 조성을 사용하여 적층 자기 콘덴서를 제조함으로써 소결시 내부전극 재료인 니켈의 유전체 내로의 확산에 의한 적층 자기 콘덴서의 유전특성 변화를 방지할 수 있다.
Claims (2)
- 내부전극으로 니켈 또는 니켈 합금을 사용하여 저산소 분압의 환원분위기에서 소결함으로써 이루어지는 적층 자기 콘덴서를 제조하기 위한 아래의 식으로 표시되는 적층 자기 콘덴서를 내환원성 유전체 조성물 ; Ba1-xSrxTi1-y-zNiyZrzO3-y이때 0≤x≤0.2이고 0.005≤y≤0.1이고, 0≤z≤0.2이다.
- 아래의 식으로 표시되는 적층 자기 콘덴서용 내환원성 유전체 조성물을 사용하여 제조한 유전체 시이트에 니켈전극 페이스트를 도포한 후 다수매 순차 적층하여 산소분압 10-8MPa 내지 10-8MPa범위의 환원분위기에서 소결하는 것으로 이루어지는 적층 자기 콘덴서의 제조방법 ; Ba1-xSrxTi1-y-zNiyZrzO3-y이때 0≤x≤0.2이고 0.005≤y≤0.1이고, 0≤z≤0.2이다.
Priority Applications (1)
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| KR1019920015079A KR950005256B1 (ko) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 적층 자기 콘덴서 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1019920015079A KR950005256B1 (ko) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 적층 자기 콘덴서 |
Publications (2)
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| KR940004672A KR940004672A (ko) | 1994-03-15 |
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Family
ID=19338285
Family Applications (1)
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1992
- 1992-08-21 KR KR1019920015079A patent/KR950005256B1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR940004672A (ko) | 1994-03-15 |
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