KR100771757B1 - 적층 세라믹 콘덴서 - Google Patents

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Abstract

내전압 특성이 양호하고 또한 대용량 및 소형화가 가능한 적층 세라믹 콘덴서 및 그 제조 방법을 제공한다.
도체층(12)을 형성하는 도전성 페이스트에 세라믹 유전체층(11)에 포함되는 첨가물을 혼합시킴으로써, 도체층(12) 근방에 있어서의 세라믹 입자(20)의 셸부(22)의 두께를 크게 형성하였다. 이에 의해, 내전압 특성이 향상되기 때문에 세라믹 유전체층(11)의 박층화에 의한 대용량화 및 소형화가 가능해진다.

Description

적층 세라믹 콘덴서{A MULTI LAYER CERAMIC CAPACITOR}
도 1은 적층 세라믹 콘덴서의 일부를 절결한 부분의 사시도,
도 2는 적층 세라믹 콘덴서의 확대 단면도,
도 3은 적층 세라믹 콘덴서의 공정도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 적층 세라믹 콘덴서 11 : 세라믹 유전체층
12 : 도체층 13 : 적층체
14 : 외부 전극 20, 30 : 세라믹 입자
21 : 코어부 22 : 셸부
본 발명은 유전체층과 도체층을 교대로 적층한 적층 세라믹 콘덴서에 관한 것이고, 특히 그 유전체층의 구조에 관한 것이다.
적층 세라믹 콘덴서는 이하의 공정에 의해 제조된다. 우선, 슬러리를 작성 한다. 구체적으로는, BaTiO3 등의 세라믹 유전체 분체에 첨가물 및 바인더를 가하여, 이것을 수시간 볼 밀 등에 의해 교반·혼합함으로써 적절한 점도를 갖는 슬러리를 작성한다.
다음에, 예컨대 독터 블레이드법 등에 의해, 슬러리로부터 세라믹 그린 시트를 작성한다. 이 독터 블레이드법에서는, 베이스 필름상에 슬러리를 흐르게 하여, 그 두께를 독터 블레이드와의 간극에서 조정한다. 이 다음에, 이것을 건조시켜 소정 두께의 세라믹 그린 시트를 얻는다.
다음에, 세라믹 그린 시트에 소정의 패턴으로 도전성 페이스트를 도포한다. 이어서, 이들 세라믹 그린 시트를 필요 개수만큼 적층·압착하여 시트 적층물을 작성한다. 이 다음에, 시트 적층물을 단위 부품당의 크기로 재단하고, 이것을 소성하여 소결체를 작성한다. 이 소성 공정에 의해, 세라믹 그린 시트가 세라믹 유전체층으로 되고, 도전성 페이스트가 도체층으로 된다. 마지막으로, 이 소결체에 도전성 페이스트를 도포·소성하여 외부 전극을 형성한다. 이상의 공정에 의해 적층 세라믹 콘덴서가 제조된다.
이러한 적층 세라믹 콘덴서에서는, 디레미네이션이나 크랙의 발생을 방지하는 것이 과제로 남아 있다. 디레미네이션 등의 발생 요인의 하나로서, 소성시의 도전성 페이스트와 세라믹 그린 시트의 수축 거동의 차이를 예로 들 수 있다. 이 과제를 해결하기 위해서, 도체층을 형성하는 도전성 페이스트에, 슬러리 작성에 이용한 세라믹 유전체를 혼입시키는 기술이 일반화되어 있다. 또한, 이러한 목적으 로 도전성 페이스트에 혼입시키는 재료는 "공재"라고 칭하여진다.
그러나, 최근의 적층 세라믹 콘덴서의 대용량 및 소형화에 따른 세라믹 유전체층의 박막화가 진행되면서, 상술한 공재의 확산 반응에 의한 세라믹 유전체층의 물성 변화를 무시할 수 없게 되었다. 또한, 세라믹 유전체층을 박층화하면, 내전류 특성이 악화된다고 하는 문제도 있었다.
본 발명은 상기 목적에 비추어 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은 내전압 특성이 양호하고 또한 대용량 및 소형화가 가능한 적층 세라믹 콘덴서 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제1 국면에 의하면, 세라믹 유전체층과 도체층을 교대로 적층하여 이루어지는 적층 세라믹 콘덴서에 있어서, 상기 세라믹 유전체층은 코어 셸 구조를 갖는 세라믹 입자를 포함함과 동시에, 해당 세라믹 입자는 도체층에 가까운 것일수록 셸부의 두께가 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것을 제안한다.
이에 따르면, 세라믹 유전체층은 도체층 근방에 있어서의 세라믹 입자가 도체층과 떨어져 있는 세라믹 입자보다도 셸부의 두께가 큰 코어 셸 구조를 갖고 있기 때문에, 내전압 특성이 향상된다. 따라서, 세라믹 유전체층의 박층화에 따른 대용량화 및 소형화가 용이해진다.
여기서, 세라믹 입자의 코어 셸 구조란 세라믹 입자의 중심부인 코어부와 외각부인 셸부가 물리적, 화학적으로 상이한 상을 형성하고 있는 구조를 말한다.
또한, 세라믹 유전체층중의 모든 세라믹 입자가 코어 셸 구조를 갖고 있는 것은 아니다. 그러므로 본 발명의 제2 국면에 의하면, TEM(투과형 전자 현미경)에 의해 관찰했을 때의, 코어 셸 구조를 갖는 세라믹 입자와 코어 셸 구조를 갖지 않는 세라믹 입자의 개수의 비율이 7/3 이상 9/1 이하인 것을 특징으로 하는 것을 제안한다.
이에 따르면, 내전압 특성과 더불어 유전율을 향상시킬 수 있다. 또한, 코어 셸 구조를 갖지 않는 세라믹 입자에는 코어부만의 입자 및 셸부만의 입자가 존재한다. 코어부만의 세라믹 입자는 유전율 향상에 기여하고, 셸부만의 세라믹 입자는 내전압 특성 향상에 기여한다. 이때, 코어부만의 입자는 코어 셸 구조를 갖는 입자로, 셸부만의 입자를 코어 셸 구조를 갖지 않는 입자로 그 개수를 카운트하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 국면에 의하면, 코어 셸 구조를 갖지 않는 세라믹 입자가 도체층과의 계면 또는 도체층 근방에 존재하는 것을 특징으로 하는 것을 제안한다.
이에 따르면, 소결이 촉진되어 셸부만으로 된 세라믹 입자는 내전압 특성이 우수하기 때문에, 이것이 도체층 근방에 존재함으로써 세라믹 유전체층 전체의 내전압 특성이 향상된다.
또한, 본 발명의 제4 국면에 의하면, 제 1 세라믹 유전체 분체에 제 1 첨가물 및 바인더를 혼합하여 슬러리를 작성하는 공정과, 이 슬러리를 시트형상으로 가공하여 그린 시트를 작성하는 공정과, 상기 제 1 첨가물중의 적어도 일 성분을 포함하는 제 2 첨가물과 제 2 세라믹 유전체 분체를 혼련한 도전성 페이스트를 그린 시트에 도포 하는 공정과, 복수의 그린 시트를 적층하여 적층물을 작성하는 공정과, 이 적층물을 소성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서의 제조 방법을 제안한다.
이에 따르면, 소성 과정에 있어서, 도전성 페이스트로부터 그린 시트에 상기 제 2 첨가물이 확산된다. 이 제 2 첨가물은 세라믹 유전체층을 형성하는 원소중 상기 제 1 첨가물중의 적어도 일 성분을 포함하기 때문에, 도체층 근방에 있어서의 세라믹 입자의 셸부의 성장이 촉진된다. 따라서, 도체층 근방에 있어서의 세라믹 입자가 도체층과 떨어져 있는 세라믹 입자보다도 셸부의 두께가 큰 코어 셸 구조를 갖게 된다. 이에 의해, 본 발명에 의해 제조된 적층 콘덴서는 내전압 특성이 향상되기 때문에, 세라믹 유전체층의 박층화에 따른 대용량화 및 소형화가 용이해진다.
본 발명의 제5 국면에 따른 바람직한 형태에 의하면, 상기 제4 국면에 의한 적층 세라믹 콘덴서의 제조 방법에 있어서, 상기 제 1 유전체 분체와 상기 제 2 세라믹 유전체 분체가 동일 조성이고, 또한 본 발명의 제6 국면에서는, 상기 제 2 세라믹 유전체 분체의 입자 직경이 상기 제 1 유전체 분체의 입자 직경의 절반 이하인 것을 특징으로 하는 것을 제안한다.
또한, 본 발명의 바람직한 형태인 제7 국면에 의하면, 상기 제 2 첨가물에는 세라믹 유전체층의 소결을 촉진하는 성분이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 것을 제안한다.
본 발명의 일 실시예에 관한 적층 세라믹 콘덴서에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 적층 세라믹 콘덴서의 일부 절결 사시도, 도 2는 적층 세라믹 콘덴서의 확대 단면도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 이 적층 세라믹 콘덴서(10)는 세라믹 유전체층(11)과 도체층(12)을 교대로 적층한 대략 직방체형상의 적층체(13)와, 적층체(13)의 양 단부에 형성되고 상기 도체층(12)과 접속되는 외부 전극(14)을 구비하고 있다. 여기서, 도체층(12)은 양 단부의 외부 전극(14)에 대하여 교대로 접속되어 있다. 즉, 한쪽 외부 전극(14)은 도체층(12)과 한층 간격으로 접속되고, 다른쪽 외부 전극(14)은 상기 한쪽 외부 전극(14)과 접속하지 않는 도체층(12)과 접속되어 있다.
세라믹 유전체층(11)은 예컨대 BaTiO3계의 강(强)유전성을 갖는 세라믹 소결체로 이루어진다. 또한, 도체층(12)은 예컨대 Pd, Ag 등의 귀금속 재료나 Ni 등의 비금속 재료로 이루어진다. 적층체(13)는 도전성 페이스트를 인쇄한 세라믹 그린 시트를 복수개 적층하고, 이것을 소결하여 형성된다. 이에 의해, 세라믹 그린 시트가 소결하여 세라믹 유전체층(11)이 형성되고, 도전성 페이스트가 소결하여 도체층(12)이 형성된다. 외부 전극(14)은 예컨대 Ni, Ag 등의 금속 재료로 이루어진다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 세라믹 유전체층(11)은 코어 셸 구조를 갖는 세라믹 입자(20)와 코어 셸 구조를 갖지 않는 세라믹 입자(30)를 포함하고 있다. 양자의 개수의 구성 비율은 코어 셸 구조를 갖는 세라믹 입자(20) : 코어 셸 구조를 갖지 않는 세라믹 입자(30)가 7:3 내지 9:1 정도이고, 본 실시예에서는 약 8:2이다. 여기서, 세라믹 입자의 코어 셸 구조란 세라믹 입자의 중심부인 코어부(21)와 외각부인 셸부(22)와가 물리적, 화학적으로 상이한 상을 형성하고 있는 구조를 말한다. 또한, 코어 셸 구조를 갖는 세라믹 입자(20)는 도체층(12) 근방에 있는 것일수록 셸부(22)의 두께가 크게 형성되어 있다.
이 적층 세라믹 콘덴서의 제조 방법에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 적층 세라믹 콘덴서의 공정도이다.
우선, 제 1 세라믹 유전체 분체에 제 1 첨가물 및 바인더를 혼합하여 슬러리를 작성한다(단계 S1). 여기서, 제 1 세라믹 유전체 분체로서는 평균 입자 직경 0.35㎛의 BaTiO3 분체를 이용하였다. 또한, 제 1 첨가물로서는 주로 희토류 원소인 산화물을 이용하였다. 구체적으로는, MgO, Ho2O3, Sm2O3 및 소결 보조제로서 BaSiO3의 혼합 분체를 이용하였다. 다음에, 이 슬러리를 독터 블레이드법 등에 의해 시트형상으로 성형하여 세라믹 그린 시트를 얻는다(단계 S2).
한편, 도체층을 형성하기 위한 도전성 페이스트를 작성한다(단계 S3). 이 도전성 페이스트는 Pd, Ag 등의 귀금속이나 Ni 등의 비금속으로 이루어지는 금속 재료 분체, 제 2 세라믹 유전체 분체 및 제 2 첨가물 및 바인더를 혼합하여 작성한다. 여기서, 금속 재료 분체는 도체층을 형성하는 주재료이다. 본 실시예에서는 Ni를 이용하였다.
상기 제 2 세라믹 유전체는 소성의 과정에 있어서 세라믹 그린 시트와 수축 거동을 일치시키기 위해서 혼합되는 것이다. 따라서, 상기 제 1 세라믹 유전체와 수축 거동이 근사한 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 제 1 세라믹 유전체 분체에 대하여 동일한 조성 그리고 평균 입자 직경이 절반 이하인 것을 이용하였다.
상기 제 2 첨가물은 세라믹 그린 시트의 세라믹 입자에 있어서 셸부의 성장을 촉진시키는 것이다. 이 제 2 첨가물은 상기 제 1 첨가물의 적어도 일 성분을 포함하고 있다. 본 실시예에서는 제 2 첨가물로서 MgO, Sm2O3 및 BaSiO3의 혼합 분체를 이용하였다.
다음에, 상기 세라믹 그린 시트에 소정 패턴으로 도전성 페이스트를 인쇄한다(단계 S4). 그리고, 이 세라믹 그린 시트를 적층, 압착하여 시트 적층체를 얻는다(단계 S5). 다음에, 이 시트 적층체를 단위 치수로 재단하여 적층 칩을 얻는다(단계 S6). 다음에, 이 적층 칩에 외부 전극용 도전성 페이스트를 도포한다(단계 S7).
다음에, 이 적층 칩을 소정의 조건하에서 소성한다(단계 S8). 여기서, 소성 조건은 세라믹 유전체나 도체층 등의 조성 등에 의해 결정된다. 본 실시예에서는 환원 분위기중 1320℃로 소성한 후, 1000℃의 N2-O2 약(弱)산화성 분위기로 전환하여 소성을 실행하였다.
마지막으로, 외부 전극을 도금하여 적층 세라믹 콘덴서(10)를 얻는다(단계 S9).
이상의 단계에 의하면, 상기 단계 S8에 있어서의 소성 과정에서, 세라믹 그 린 시트를 소성하여 세라믹 유전체층(11)을 형성하고, 세라믹 그린 시트에 인쇄된 도전성 페이스트를 소성하여 도체층(12)을 형성한다. 이 소성 과정에 있어서는, 도전성 페이스트에 포함되는 제 2 첨가물이 세라믹 그린 시트에 확산된다. 그리고, 이 제 2 첨가물에 의해 세라믹 그린 시트에 있어서의 세라믹 입자의 셸부의 성장이 촉진된다. 따라서, 세라믹 유전체층(11)은 도체층(12)의 근방일수록 셸부(22)가 두꺼운 세라믹 입자(20)가 존재한다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 적층 세라믹 콘덴서(10)의 세라믹 유전체층(11)은 도체층(12) 근방에 있어서의 세라믹 입자(20)가 도체층(12)과 떨어져 있는 세라믹 입자보다도 셸부(22)의 두께가 큰 코어 셸 구조를 갖고 있기 때문에, 내전압 특성이 향상된다. 이에 의해, 양호한 내전압 특성을 유지하면서 세라믹 유전체층(12)을 박층화할 수 있다. 따라서, 세라믹 유전체층(12)의 박층화에 따른 대용량화 및 소형화가 용이하게 된다.
또한, 본 실시예에서는, 세라믹 유전체층(11) 및 도체층(12)과 외부 전극(14)을 동시에 소성하여 형성하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 즉, 상기 단계 S6에서 얻어진 적층 칩을 소성하여 소결체를 얻은 후에, 이 소결체에 도전성 페이스트를 도포하여, 이것을 소성함으로써 외부 전극을 형성하여도 무방하다.
이상 전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 적층 세라믹 콘덴서의 세라믹 유전체층은 도체층 근방에 있어서의 세라믹 입자가 도체층과 떨어져 있는 세라믹 입 자보다도 셸부의 두께가 큰 코어 셸 구조를 갖고 있기 때문에, 내전압 특성이 향상된다. 이에 의해, 양호한 내전압 특성을 유지하면서 세라믹 유전체층을 박층화할 수 있다. 따라서, 세라믹 유전체층의 박층화에 따른 대용량화 및 소형화가 용이하게 된다.

Claims (7)

  1. 세라믹 유전체층과 도체층을 교대로 적층하여 이루어지는 적층 세라믹 콘덴서에 있어서,
    상기 세라믹 유전체층은 코어 셸 구조를 갖는 세라믹 입자를 포함함과 동시에, 상기 세라믹 입자는 상기 도체층에 가까운 것일수록 셸부의 두께가 크게 형성되어 있고, 상기 세라믹 유전체층의 상기 도체층과의 계면 또는 상기 도체층 근방에 코어 셸 구조를 갖지 않는 세라믹 입자가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    적층 세라믹 콘덴서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 유전체는 상기 코어 셸 구조를 갖는 세라믹 입자와 상기 코어 셸 구조를 갖지 않는 세라믹 입자의 개수의 비율이 7/3 이상 9/1 이하인 것을 특징으로 하는
    적층 세라믹 콘덴서.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적층 세라믹 콘덴서는 제 1 세라믹 유전체 분체에 희토류 원소의 산화물을 포함하는 제 1 첨가물 및 바인더를 혼합하여 작성한 슬러리를 시트형상으로 가공하여 작성된 그린 시트에 상기 제 1 첨가물중의 적어도 일 성분을 포함하는 제 2 첨가물과 제 2 세라믹 유전체 분체를 혼련한 도전성 페이스트를 도포하여 얻어지는 그린 시트를 복수개 적층하여 소성함으로써 만들어지고,
    상기 제 2 세라믹 유전체 분체의 입자 직경이 상기 제 1 세라믹 유전체 분체의 입자 직경의 절반 이하인 것을 특징으로 하는
    적층 세라믹 콘덴서.
  7. 삭제
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