KR20240076515A - 적층형 전자 부품 - Google Patents

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KR20240076515A
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dielectric
rare earth
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core
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KR1020220157400A
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이승용
서동찬
이용화
박상진
신진복
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 전자 부품은, 유전체층 및 내부 전극을 포함하는 바디; 및 상기 바디의 외측에 배치되며, 상기 내부 전극과 연결되는 외부 전극; 을 포함하며, 상기 유전체층은 복수의 유전체 결정립을 포함하고, 상기 복수의 유전체 결정립 중 적어도 하나 이상은 내측의 코어 영역 및 상기 코어 영역의 적어도 일부를 커버하는 쉘 영역을 포함하는 코어-쉘 구조를 포함하며, 상기 복수의 유전체 결정립 중 90% 이상은 평균 크기 170.0 nm 내지 190.0 nm 를 만족하고, 상기 유전체 결정립 크기의 최대 편차는 상기 유전체 결정립의 평균 크기 대비 ±60.0 nm 를 만족할 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 커패시터의 신뢰성을 향상시키는 방법 중 하나는 균일한 크기의 유전체 결정립을 형성하는 것이 있다. 다만, 균일한 크기의 유전체 결정립을 구현하기 위해서는 유전체 분말 및 첨가제 입자의 균일한 분산이 필요하며, 이를 위해 유기물 용매에서 유기물 분산제를 사용하거나 유전체 분말에 첨가제를 코팅하는 등 다양한 방법들이 시도되고 있다.
한국 공개특허공보 제10-2014-0049704호
본 발명이 해결하고자 하는 여러 과제 중 하나는 유전체 입자에 첨가제를 원소 또는 이온 형태로 흡착시켜, 소성 후 균일한 크기의 유전체 결정립을 형성하기하기 위함이다.
본 발명이 해결하고자 하는 여러 과제 중 하나는, 이온 상태의 첨가제를 투입함으로써, 전반적으로 유전체 입자에 부성분을 균일하게 고용 및 확산시켜, 전기적 특성의 산포를 줄이기 위함이다.
본 발명이 해결하고자 하는 여러 과제 중 하나는 균일한 크기의 전체 결정립을 형성함으로써, 적층형 전자 부품의 신뢰성을 향상시키기 위함이다.
본 발명이 해결하고자 하는 여러 과제 중 하나는, 코어-쉘 구조를 가지는 미세한 크기의 결정립에 있어서 코어 내부로 부성분을 확산시켜 전기적 특성을 향상시키기 위함이다.
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 내부 전극을 포함하는 바디; 및 상기 바디의 외측에 배치되며, 상기 내부 전극과 연결되는 외부 전극; 을 포함하며, 상기 유전체층은 복수의 유전체 결정립을 포함하고, 상기 복수의 유전체 결정립 중 적어도 하나 이상은 내측의 코어 영역 및 상기 코어 영역의 적어도 일부를 커버하는 쉘 영역을 포함하는 코어-쉘 구조를 포함하며, 상기 복수의 유전체 결정립 중 90% 이상은 평균 크기 170.0 nm 내지 190.0 nm 를 만족하고, 상기 유전체 결정립 크기의 최대 편차는 상기 유전체 결정립의 평균 크기 대비 ±60.0 nm 를 만족할 수 있다.
본 발명의 여러 효과 중 하나는, 이온 상태의 첨가제를 투입함으로써, 전반적으로 유전체 입자에 부성분을 균일하게 고용 및 확산시켜, 전기적 특성의 산포를 줄이는 것이다.
본 발명의 여러 효과 중 하나는 균일한 크기의 유전체 결정립을 형성함으로써 적층형 전자 부품의 신뢰성을 향상시키는 것이다.
본 발명의 여러 효과 중 하나는 코어-쉘 구조의 유전체 결정립 중, 코어 내부로 부성분을 확산시킴으로써 전기적 특성을 향상시키는 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 내부 전극의 적층 구조를 나타낸 분리사시도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 1의 I - I `에 따른 단면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 비교예 및 실시예의 유전체 분말을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 도 3의 P 영역을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6a 내지 도 6c는 유전체 결정립을 포함하는 비교예 및 실시예의 유전체층을 SEM으로 스캔한 화상 이미지이다.
도 7a 내지 도 7c는 비교예 및 실시예의 유전체 결정립을 TEM으로 스캔한 화상 이미지이다.
도 8a 내지 도 8c는 도 6a 내지 도 6c의 유전체 결정립에 포함된 Dy를 TEM-EDS 로 mapping한 화상 이미지이다.
도 9는 비교예 및 실시예의 복수 개의 칩(chip)에 대해 MTTF 평가를 진행하였을 때, 고장시간에 따른 개수를 누적적으로 나타낸 그래프이다.
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 내부 전극의 적층 구조를 나타낸 분리사시도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 1의 I - I `에 따른 단면도이다.
도 4는 비교예 및 실시예의 유전체 분말을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 도 3의 P 영역을 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 도 1 내지 도 5를 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 실시예에 따른 적층형 전자 부품(100)은, 유전체층(111) 및 내부 전극(121, 122)을 포함하는 바디; 및 상기 바디(110)의 외측에 배치되며, 상기 내부 전극(121, 122)과 연결되는 외부 전극(131, 132); 을 포함하며, 상기 유전체층(111)은 복수의 유전체 결정립(20)을 포함하고, 상기 복수의 유전체 결정립(20) 중 적어도 하나 이상은 내측의 코어 영역(21) 및 상기 코어 영역(21)의 적어도 일부를 커버하는 쉘 영역(22)을 포함하는 코어-쉘 구조를 포함하며, 상기 복수의 유전체 결정립(20) 중 90% 이상은 평균 크기 170.0 nm 내지 190.0 nm 를 만족하고, 상기 유전체 결정립(20) 크기의 최대 편차는 상기 유전체 결정립(20)의 평균 크기 대비 ±60.0 nm 를 만족할 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 형성부를 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.
유전체층(111)의 두께는 특별히 한정할 필요는 없다.
필요한 유전특성을 위해서 수 μm 두께의 유전체층(111)을 제조할 수 있으나, 적층형 전자 부품의 소형화 및 고용량화를 보다 용이하게 달성하기 위하여 유전체층의 두께는 0.6 μm 이하일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.4 μm 이하일 수 있다.
여기서, 유전체층(111)의 두께는 제1 및 제2 내부 전극(121, 122) 사이에 배치되는 유전체층(111)의 두께를 의미할 수 있다.
한편, 유전체층(111)의 두께는 유전체층(111)의 제1 방향 크기를 의미할 수 있다. 또한, 유전체층(111)의 두께는 유전체층(111) 평균 두께를 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 형성부에서 지정될 수 있다. 또한, 이러한 제1 방향 크기 측정을 10개의 유전체층(111)으로 확장하여 평균값을 측정하면, 유전체층(111)의 제1 방향 평균 크기를 더욱 일반화할 수 있다.
한편, 적층형 전자 부품의 한 종류인 적층 세라믹 커패시터는 다양한 작동 환경에서 구동될 수 있는데, 이러한 환경 중에서는 적층형 전자 부품에 악영향을 미치게 하여 예상 수명 시간이 짧아지거나 목표로 하는 전기적 특성이 부족해지는 등의 신뢰성이 열위해지는 경우들이 있다. 이러한 이유로, 적층형 전자 부품의 고신뢰성을 달성하는 것은 중요한 과제 중의 하나로 취급되고 있는데, 신뢰성을 향상시키는 방법 중 하나로 균일한 크기의 유전체 결정립을 형성하는 방법이 있다. 다만, 균일한 크기의 유전체 결정립을 구현하기 위해서는 유전체 분말 및 첨가제 입자의 균일한 분산이 필요하기에, 이를 위해 유기물 용매에서 유기물 분산제를 사용하거나 유전체 분말에 첨가제를 투입하는 등 다양한 방법들이 시도되고 있다.
이때, 첨가제의 종류 및 함량을 제어하여 신뢰성을 향상시키는 방법들 중 첨가제를 산화물 형태로 첨가하는 고상 선분산 또는 고상 선확산 등의 다양한 방법들이 있으나, 기존의 고상 선분산 또는 고상 선확산 등의 방법으로는 분산성이 떨어지거나 균일한 코팅층을 형성하는 것에 제약이 있어, 균일한 크기의 유전체 분말 및 유전체 결정립을 제조하는 것에 어느 정도 한계가 있고 제조 공정 측면이나 경제적인 측면에서 개선이 필요한 부분들이 존재한다.
이에, 본 발명에서는 최종 소결 후 유전체 결정립의 평균 크기 및 크기 산포가 개선될 수 있도록 유전체 입자 표면을 수계에서 이온 상태로 액상화된 첨가제 원소 물질로 코팅함으로써, 전술한 문제점들을 해결할 수 있는 다양한 이점들이 존재할 수 있다. 이온 상태의 첨가제 원소 물질들은 일반적인 산화제 형태보다 크기가 작아 유전체 입자의 표면 코팅 커버리지 비율이 높으며, 코팅층의 두께도 얇은 편이다. 또한, 소결 과정에서 유전체 입자간 네킹(necking) 현상을 억제하여 최종 소결 후 입자의 평균 크기를 균일하게 제어할 수 있다. 이러한 결과는 전반적으로 신뢰성 특성 및 산포 개선 효과에 기여할 수 있다는 효과가 있다.
한편, 이온 상태로 액상화된 첨가제 원소 물질을 코팅하는 경우에 있어서, 유기물 용매를 이용하거나, 2종 이상의 용매를 혼합하여 사용하는 경우에는 이온 상태가 불안정해질 수 있으며, 추가적인 수세 공정을 거쳐야하는 등 경제적으로 불리하다는 문제점이 있다. 반면, 이온 첨가제 원소 물질을 단일 수계 용매에서 적용하는 경우에는 첨가제의 분산성이 뛰어나고 대량 생산이 용이하며 또한 이온 첨가제를 안정적으로 유전체 입자에 흡착시킬 수 있어 결정립의 성장 억제를 효과적으로 제어할 수 있다는 이점이 있다.
도 4는 소성 전 유전체 입자(11)에 첨가제(12, 12')를 투입한 상태를 개략적으로 도시한 것이다. 보다 구체적으로, 도 4a는 고상 선분산 상태를 나타낸 것이며, 도 4b는 고상 선확산 상태를 나타낸 것이며, 도 4c는 액상 선확산 상태를 나타낸 것이다.
본 발명에서, 유전체 입자(11)는 전술한 유전용량에 기여할 수 있는 유전체 물질의 소성 전 입자 또는 분말 상태를 의미할 수 있으며, 첨가제(12, 12')는 유전체 물질의 다양한 특성을 제어할 수 있는 소성 전 물질을 의미할 수 있으며, 유전체 조성물(10)은 유전체 입자(11)에 첨가제(12, 12')가 코팅되거나 흡착된 소성 전 상태를 의미할 수 있다.
도 4a와 같은 고상 선분산의 경우, 유기물을 포함하는 용매 내에 첨가제를 산화물 형태로 투입하기 때문에, 첨가제 성분의 균일 분산 상태를 구현하기 어려우며, 이를 교반하더라도 첨가제 산화물(12')과 유전체 입자(11) 간에 결합력이 약하여 흡착이 충분히 일어나지 않거나, 흡착되더라도 쉽게 결합이 떨어질 수 있는 상태일 수 있다. 이에, 첨가제 산화물(12')이 유전체 입자(11)의 입성장을 충분히 제어하지 못하여 균일한 크기의 유전체 결정립을 얻도록 제어하는 것이 어려워 결정립의 크기 산포가 높을 수 있다.
도 4b와 같은 고상 선확산의 경우, 유기물을 포함하는 용매 내에 첨가제(12')를 산화물 형태로 투입한 후 유전체 입자(11)에 흡착 및 고용되어 유전체 입자(11)가 입성장한 물질인 유전체 조성물을 제조할 수 있다. 고상 선분산에 비해 첨가제(12')의 흡착 및 고용이 용이한 편이나, 첨가제(12')가 산화물 형태로 흡착되기 때문에 비교적 크기가 큰 첨가제(12')에 의해 유전체 입자(11)를 커버하는 비율이 낮을 수 있으며, 마찬가지로 균일한 크기의 유전체 결정립을 얻도록 제어하는 것이 어려워 결정립의 크기 산포가 비교적 높을 수 있다.
본 발명의 일 실시예를 제조하기 위한 도 4c와 같은 액상 선확산의 경우, 단일 수계 용매에서 첨가제(12)를 이온 상태로 미립화하여 유전체 입자(11) 표면에 균일하게 흡착할 수 있다. 이온 상태로 미립화된 첨가제(12)에 의해 기존의 첨가제 산화물(12') 형태에 비해 첨가제 물질의 분산성을 극대화시킬 수 있으며, 이온 상태로 미립화된 첨가제 이온(12)들이 유전체 입자(11) 표면에 균일하게 코팅되어 소결 과정에서 유전자 입자(11)간 접촉을 최소화할 수 있으며, 이에 의해 결정립 입성장을 제어할 수 있는 환경을 조성할 수 있게 되어 크기 산포 및 신뢰성 특성 개선에 기여할 수 있다. 또한, 수계 단일 용매에서 적용할 수 있는 방식을 이용할 수 있으므로, 대량 생산을 위한 공정 적용에 적합하여 경제적으로도 이점이 있을 수 있다.
이하에서는, 첨가제(12)를 액상 선확산 방법으로 유전체 입자(11)의 표면에 코팅한 유전체 조성물(10)을 소성하여 나타나는 유전체 결정립(20)을 포함하는 본 발명의 일 실시예에 대해 자세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 전자 부품(100)에 있어서, 상기 유전체층(111)은 복수의 유전체 결정립(20)을 포함하고, 상기 복수의 유전체 결정립(20) 중 적어도 하나 이상은 내측의 코어 영역(21) 및 상기 코어 영역(21)의 적어도 일부를 커버하는 쉘 영역(22)을 포함하는 코어-쉘 구조를 포함하며, 상기 복수의 유전체 결정립(20) 중 90% 이상은 평균 크기 170.0 nm 내지 190.0 nm 를 만족하고, 상기 유전체 결정립(20) 크기의 최대 편차는 상기 유전체 결정립(20)의 평균 크기 대비 ±60.0 nm 를 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 유전체층(111)은 모재 주성분 및 희토류 원소를 포함하는 부성분을 포함할 수 있다.
여기서, 모재 주성분은 유전용량을 형성하기 위한 원료가 되는 유전체 물질을 의미할 수 있으며, 주성분이란 다른 성분에 비하여 상대적으로 많은 중량 비율을 차지하는 성분을 의미할 수 있으며, 전체 조성물 또는 전체 유전체층의 중량을 기준으로 50 중량% 이상인 성분을 의미할 수 있다. 원료가 될 수 있는 유전체 물질은 전술한 바와 동일하여 생략하기로 한다.
부성분이란 다른 성분에 비해서 상대적으로 적은 중량 비율을 차지하는 성분을 의미할 수 있으며, 전체 조성물 또는 전체 유전체층의 중량을 기준으로 50 중량% 미만인 성분을 의미할 수 있다.
이때, 부성분은 La, Y, Ac, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 희토류 원소를 포함할 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.
희토류 원소의 평균 함량은 코어(21) 영역 보다 쉘(22) 영역에서 더 높을 수 있다.
코어(21) 영역과 쉘(22) 영역을 구분하는 기준은 다음과 같을 수 있다. 유전체 결정립(20)의 중심점을 지나는 직선을 Line-profile을 진행하였을 때, 희토류 원소의 함량이 유전체 결정립(20) 내부의 임의의 지점에서 급격한 변화가 발생할 수 있는데, 급격한 변화가 발생하는 영역의 중심을 기준으로 희토류 원소의 함량이 적은 영역을 코어(21) 영역이라고 정의하고 희토류 원소의 함량이 많은 영역을 쉘(22) 영역이라고 정의할 수 있다.
도 5를 참조하면, 유전체층(111)은 복수의 유전체 결정립(20)을 포함할 수 있으며, 복수의 유전체 결정립(20) 중 적어도 하나 이상은 내측의 코어 영역(21) 및 코어 영역(21)의 적어도 일부를 커버하는 쉘 영역(22)을 포함하는 코어-쉘 구조를 가질 수 있다.
본 발명에서 유전체 결정립의 크기는 유전체 결정립의 중심점을 지나는 최소 직경과 최대 직경의 평균 크기를 의미할 수 있으며, 유전체 결정립(20)의 평균 크기는 유전체층(111) 내에 존재하는 유전체 결정립들의 크기를 평균한 값일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 복수의 유전체 결정립(20) 중 90% 이상은 평균 크기 170.0 nm 이상 190.0 nm 이하를 만족하고, 유전체 결정립(20)의 크기의 최대 편차는 유전체 결정립(20)의 평균 크기 대비 ±60.0 nm 를 만족할 수 있다.
유전체 결정립(20)의 평균 크기는 유전체층(111)내에서 측정 가능한 복수의 유전체 결정립(20)들의 평균 크기를 의미할 수 있으며, 최대 편차는 측정 가능한 유전체 결정립(20)들의 크기 중 최대 크기 및 최소 크기 범위를 의미할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예는 유전체 결정립(20)의 평균 크기 기준으로 ±60.0 nm 의 범위 내를 만족하는 것을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 유전체 결정립(20)의 평균 크기에 대한 유전체 결정립(20) 크기의 표준편차 값의 비율인 변동계수(CV: Coefficient of Variation)는 30% 미만을 만족할 수 있다.
변동계수(CV)란 평균 대비 표준편차를 의미하는 것으로서, 유전체 결정립(20) 크기의 변동계수는 유전체 결정립(20)의 평균 크기 대비 유전체 결정립(20) 크기의 표준편차 값의 비율을 의미할 수 있으며, 변동계수(CV)의 값이 낮을수록 유전체 결정립(20)이 균일한 크기를 가지는 것을 의미할 수 있으며, 크기 산포가 좁음을 의미할 수 있다.
다시 말해, 유전체 결정립(20) 크기의 변동계수(CV)가 30% 미만을 만족한다는 것은, 유전체 결정립(20)들의 크기 산포가 좁음을 의미할 수 있으며, 평균 크기를 기준으로 크기 차이가 많이 나지 않음을 의미할 수 있다.
변동계수(CV)의 하한값은 특별히 제한하지 않으나, 절대적으로 동일한 크기를 형성하는 것은 어려울 수 있으므로, 바람직하게는 0.01% 이상을 만족할 수 있다.
유전체 결정립(20)이 균일한 크기를 가짐으로써, 적층형 전자 부품(100)의 특성 산포 개선 및 신뢰성 향상에 기여할 수 있다.
전술한 바와 같이, 첨가제, 예를 들어 희토류 원소를 고상 방식으로 투입한 경우, 희토류 원소의 균일 분산에 한계가 있을 수 있어 부위별 희토류 원소 함량에 차이가 발생할 수 있으며, 이에 의해 특성 산포가 커져 구현하고자 하는 특성을 제어하기 어려워지는 등의 문제점이 발생할 수 있다. 이와 같이, 미세한 크기의 유전체 결정립에서는 코어-쉘의 구조를 균일하게 형성하는 것이 전기적 특성, 유전 특성, 신뢰성을 향상시키기 위한 중요한 해결과제로 여겨지고 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 코어 영역(21)은 희토류 원소를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로 코어-쉘 구조를 포함하는 유전체 결정립(20)을 개략적으로 도시한 도 5를 참조하여 설명하면, 코어 영역(21) 중, 코어 영역(21)의 중심점으로부터 외측 방향으로 1/2 지점까지의 영역을 제1 코어 영역(21a), 제1 코어 영역(21a)의 외측부로부터 코어 영역(21)의 외측부까지의 영역을 제2 코어 영역(21b)이라고 정의할 때, 제1 코어 영역(21a)은 희토류 원소를 포함할 수 있다.
여기서, 코어 영역(21)의 중심점은 유전체 결정립(20)의 중심점과 일치할 수 있으며, 코어 영역(21)의 중심점으로부터 외측 방향이란 코어 영역(21)의 중심점으로부터 쉘 영역(22) 또는 유전체 결정립계가 존재하는 방향을 의미할 수 있다. 1/2 지점은 코어 영역(21)의 중심점으로부터 코어 영역(21)과 쉘 영역(22)이 접하는 경계점을 직선을 그었을 때, 1/2에 해당하는 지점을 의미할 수 있다. 코어 영역(21)의 외측부는 코어 영역(21)과 쉘 영역(22)이 접하는 경계선, 경계면을 의미할 수 있으며, 경계는 전술한 바와 같이 Line-profile 을 진행하였을 때 희토류 원소의 함량이 급격히 변화하는 영역의 중심을 의미할 수 있다. 코어 영역(21)의 외측부는 제2 코어 영역(21b)의 외측부와 동일할 수 있다.
이때, 제1 코어 영역(21a)에 포함된 희토류 원소의 평균 함량은 0.00 at% 초과 0.20 at% 미만을 만족할 수 있으며, 미세함량만을 포함하기만 하면 충분하나 바람직하게는 0.01 at% 이상을 만족할 수 있다.
보다 구체적으로, 코어 영역(21)의 중심점으로부터 제1 코어 영역(21a)의 1/2 지점까지의 영역에 포함된 희토류 원소의 평균 함량은 0.00 at% 초과 0.05at% 이하를 만족할 수 있으며, 코어 영역(21)의 중심점에서의 희토류 원소의 함량은 0.00 at% 초과 0.05 at% 이하를 만족할 수 있다.
이를 만족함으로써, 코어 영역(21)의 내부로 희토류 원소가 확산되었으며, 액상 선확산의 방식으로 유전체 분말(10)이 형성되었음을 유추할 수 있으며, 전기적 특성이 향상되면서 쉘 영역(22b)의 크기가 작은 유전체 결정립(20)을 형성할 수 있다.
제2 코어 영역(22b)에 포함된 희토류 원소의 평균 함량은 제1 코어 영역(21a)에 포함된 희토류 원소의 평균 함량보다는 높고 쉘 영역(22b)에 포함된 히토류 원소의 평균 함량보다는 낮을 수 있다.
또한, 희토류 원소의 일부가 코어 영역(21) 내부로 확산됨에 따라, 미세 크기의 유전체 결정립(20)에서 상대적으로 코어 영역(21)의 크기가 큰 유전체 결정립(20)을 형성할 수 있으며, 이에 따라 전기적 특성 및 유전특성이 향상될 수 있다. 또한, 유전체 결정립(20)의 크기 산포가 균일해짐에 따라 신뢰성이 향상될 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 코어 영역(21) 중 희토류 원소의 평균 함량이 0.00 at% 초과 0.20 at% 미만을 만족하는 영역을 제1 영역(21a)이라고 정의할 때, 제2 코어 영역(21b)은 제1 코어 영역의 적어도 일부를 커버하는 영역을 의미할 수 있다. 이때, 제2 코어 영역(21b)에 포함된 희토류 원소의 평균 함량은 제1 코어 영역(21b)에 포함된 희토류 원소의 평균 함량보다 높고 쉘 영역(22)에 포함된 희토류 원소의 평균 함량보다 낮을 수 있다.
코어 영역(21)의 희토류 원소를 측정하는 방법은 특별히 제한하지 않는다. 예를 들어, Line-profile을 측정함으로써 희토류 원소의 함량을 측정할 수 있으며, 희토류 원소의 함량이 매우 적은 제1 코어 영역(21a)은 Line-profile에 의한 측정이 불가할 경우, 일 지점(point)을 EDS 분석을 함으로써 미세한 함량의 희토류 원소의 함량을 측정할 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 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 내부 전극(121, 122)의 두께는 특별히 한정할 필요는 없다.
필요한 전기적 특성을 위해서 수 μm 두께의 내부 전극(121, 122)을 제조할 수 있으나, 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 두께는 내부 전극(121, 122)의 제1 방향 크기를 의미할 수 있다. 또한, 내부 전극(121, 122)의 두께는 내부 전극(121, 122)의 평균 두께를 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 형성부에서 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 형성부의 제1 방향 양 단면(end-surface) 상에 배치된 커버부(112, 113)를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 용량 형성부의 제1 방향 상부에 배치되는 상부 커버부(112) 및 용량 형성부의 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 형성부의 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.
한편, 커버부(112, 113)의 두께는 특별히 한정할 필요는 없다.
다만, 적층형 전자 부품의 소형화 및 고용량화를 보다 용이하게 달성하기 위하여 커버부(112, 113)의 두께는 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 두께는 커버부(112, 113)의 제1 방향 크기를 의미할 수 있다. 또한, 커버부(112, 113)의 두께는 커버부(112, 113)의 평균 두께를 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 제1 방향 크기를 측정한 평균값일 수 있다. 상기 등간격인 30개의 지점은 상부 커버부(112)에서 지정될 수 있다. 또한, 이러한 평균값 측정을 하부 커버부(113)로 확장하여 평균값을 측정하면, 커버부(112, 113)의 제1 방향 평균 크기를 더욱 일반화할 수 있다.
한편, 바디(110)는 용량 형성부의 제3 방향 양 단면(end-surface) 상에 배치되는 사이드 마진부를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 사이드 마진부는 용량 형성부의 제5 면(5) 상에 배치된 제1 사이드 마진부 및 용량 형성부의 제6 면(6) 상에 배치된 제2 사이드 마진부를 포함할 수 있다. 즉, 사이드 마진부는 용량 형성부의 제3 방향 양 단면 상에 배치될 수 있다.
사이드 마진부는 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 단면과 바디(110)의 경계면 사이의 영역을 의미할 수 있다.
사이드 마진부는 세라믹 그린시트 상에 사이드 마진부가 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 형성부의 제3 방향 양 단면 상에 제3 방향으로 적층하여 형성할 수도 있다.
사이드 마진부(114, 115)는 기본적으로 물리적 또는 화학적 스트레스에 의한 내부 전극(121, 122)의 손상을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
한편, 사이드 마진부의 폭은 특별히 한정할 필요는 없다.
다만, 적층형 전자 부품(100)의 소형화 및 고용량화를 보다 용이하게 달성하기 위하여 사이드 마진부의 폭은 100 μm 이하일 수 있고, 바람직하게는 30 μm 이하일 수 있으며, 초소형 제품에서는 보다 바람직하게 20 μm 이하일 수 있다.
여기서, 사이드 마진부의 폭은 사이드 마진부의 제3 방향 크기를 의미할 수 있다. 또한, 사이드 마진부의 폭은 사이드 마진부(114, 115)의 평균 폭을 의미할 수 있으며, 사이드 마진부의 제3 방향 평균 크기를 의미할 수 있다.
사이드 마진부의 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. 상기 등간격인 30개의 지점은 제1 사이드 마진부에서 지정될 수 있다. 또한, 이러한 평균값 측정을 제2 사이드 마진부로 확장하여 평균값을 측정하면, 사이드 마진부의 제3 방향 평균 크기를 더욱 일반화할 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.
한편, 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, 131b, 132b) 및 전극층(131a, 132a, 131b, 132b) 상에 배치되는 도금층(131c, 132c)을 포함할 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.
전극층(131a, 132a, 131b, 132b)에 대한 보다 구체적인 예를 들면, 전극층은 도전성 금속 및 글라스를 포함한 소성 전극이거나, 도전성 금속 및 수지를 포함한 수지계 전극일 수 있다.
또한, 전극층은 바디 상에 소성 전극 및 수지계 전극이 순차적으로 형성된 형태일 수 있다.
또한, 전극층은 바디 상에 도전성 금속을 포함한 시트를 전사하는 방식으로 형성되거나, 소성 전극 상에 도전성 금속을 포함한 시트를 전사하는 방식으로 형성된 것일 수 있다.
전극층에 포함되는 도전성 금속으로 전기 전도성이 우수한 재료를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 도전성 금속은 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 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에서, 전극층(131a, 132a, 131b, 132b)은 제1 전극층(131a, 132a) 및 제2 전극층(131b, 132b)을 포함하는 2층의 구조를 가질 수 있다.
제1 전극층(131a, 132a)은 바디(110) 상에 배치되며 제1 도전성 금속 및 글라스를 포함할 수 있고, 제2 전극층(131b, 132b)은 제1 전극층(131a, 132a) 상에 배치되며 제2 도전성 금속 및 수지를 포함할 수 있다.
제1 전극층(131a, 132a)은 글라스를 포함함에 따라 바디(110)와의 접합성을 향상시키는 역할을 수행하고, 제2 전극층(131b, 132b)은 수지를 포함함에 따라 휨 강도를 향상시키는 역할을 수행할 수 있다.
한편, 제1 도전성 금속과 제2 도전성 금속은 전술한 도전성 금속을 포함할 수 있으며, 동일한 물질을 포함할 수도 있고 상이한 물질을 포함할 수도 있다.
보다 구체적으로, 제1 전극층(131a, 132a)에 사용되는 제1 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. 제1 전극층(131a, 132a)은 도전성 금속 분말에 글라스 프릿을 첨가하여 마련된 도전성 페이스트를 도포한 후 소성함으로써 형성될 수 있다.
제2 전극층(131b, 132b)에 포함되는 제2 도전성 금속은 제1 전극층(131a, 132a)과 전기적으로 연결되도록 하는 역할을 수행할 수 있다.
제2 전극층(131b, 132b)에 포함되는 도전성 금속은 전극층(131a, 132a)과 전기적으로 연결될 수 있는 재질이면 특별히 제한되지 않으며, 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.
제2 전극층(131b, 132b)에 포함되는 제2 도전성 금속은 구형 입자 및 플레이크형 입자 중 1 이상을 포함할 수 있다. 즉, 도전성 금속은 플레이크형 입자로만 이루어지거나, 구형 입자로만 이루어질 수 있고, 플레이크형 입자와 구형 입자가 혼합된 형태일 수도 있다. 여기서, 구형 입자는 완전한 구형이 아닌 형태도 포함할 수 있으며, 예를 들어 장축과 단축의 길이 비율(장축/단축)이 1.45 이하인 형태를 포함할 수 있다. 플레이크형 입자는 납작하면서 길쭉한 형태를 가진 입자를 의미하며, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 장축과 단축의 길이 비율(장축/단축)이 1.95 이상일 수 있다. 상기 구형 입자 및　플레이크형 입자의 장축과 단축의 길이는 세라믹 전자 부품의 제3 방향 중앙부에서 절단한 제1 및 제2 방향 단면(cross-section)을 주사전자현미경(SEM)으로 스캔하여 얻은 이미지로부터 측정할 수 있다.
제2 전극층(131b, 132b)에 포함되는 수지는 접합성 확보 및 충격 흡수 역할을 수행한다. 제2 전극층(131b, 132b)에 포함되는 수지는 접합성 및 충격흡수성을 가지고, 도전성 금속 분말과 혼합하여 페이스트를 만들 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 에폭시계 수지를 포함할 수 있다.
또한, 제2 전극층(131b, 132b)은 복수의 금속 입자, 금속간 화합물 및 수지를 포함할 수 있다. 금속간 화합물을 포함함에 따라 제1 전극층(131a, 132a)과의 전기적 연결성을 보다 향상시킬 수 있다. 상기 금속간 화합물은 복수의 금속 입자를 연결하여 전기적 연결성을 향상시키는 역할을 하며, 복수의 금속 입자를 둘러싸 서로 연결하는 역할을 수행할 수 있다.
이때, 상기 금속간 화합물은 수지의 경화 온도 보다 낮은 융점을 가진 금속을 포함할 수 있다. 즉, 상기 금속간 화합물이 수지의 경화 온도보다 낮은 융점을 가진 금속을 포함하기 때문에, 수지의 경화 온도보다 낮은 융점을 가진 금속이 건조 및 경화 공정을 거치는 과정에서 용융되고, 금속 입자의 일부와 금속간 화합물을 형성하여 금속 입자를 둘러싸게 된다. 이때, 금속간 화합물은 바람직하게 300℃ 이하의 저융점 금속을 포함할 수 있다.
예를 들어, 213~220℃의 융점을 가지는 Sn을 포함할 수 있다. 건조 및 경화 공정을 거치는 과정에서 Sn이 용융되며, 용융된 Sn이 Ag, Ni 또는 Cu와 같은 고융점의 금속 입자를 모세관 현상에 의해 적시게 되고, Ag, Ni 또는 Cu 금속 입자의 일부와 반응하여 Ag3Sn, Ni3Sn4, Cu6Sn5, Cu3Sn 등의 금속간 화합물을 형성하게 된다. 반응에 참여하지 않은 Ag, Ni 또는 Cu는 금속 입자 형태로 남게 된다.
따라서, 상기 복수의 금속 입자는 Ag, Ni 및 Cu 중 하나 이상을 포함하고, 상기 금속간 화합물은 Ag3Sn, Ni3Sn4, Cu6Sn5 및 Cu3Sn 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
도금층(131c, 132c, 131d, 132d)은 실장 특성을 향상시키는 역할을 수행한다.
도금층의 금속 종류는 특별히 한정하지 않으며, 니켈(Ni), 주석(Sn), 팔라듐(Pd) 및 이들의 합금 중 하나 이상을 포함하는 단일한 층의 도금층일 수 있고, 복수의 층으로 형성될 수 있다.
이때, 도금층은 전극층 상에 배치되며 제1 도금 금속을 포함하는 제1 도금층(131c, 132c) 및 상기 제1 도금층(131c, 132c) 상에 배치되며 제2 도금 금속을 포함하는 제2 도금층(131d, 132d)를 포함할 수 있다.
여기서 제1 도금 금속과 제2 도금 금속은 전술한 도금층의 금속 종류일 수 있으며, 동일한 물질을 포함할 수도 있고 상이한 물질을 포함할 수도 있다.
도금층에 대한 보다 구체적인 예를 들면, 도금층은 Ni 도금층 또는 Sn 도금층일 수 있으며, 전극층(131a, 132a, 131b, 132b) 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(131c, 132c)은 복수의 Ni 도금층 및/또는 복수의 Sn 도금층을 포함할 수도 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, 실험예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 이는 발명의 구체적인 이해를 돕기 위한 것으로 본 발명의 범위가 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
(실험예)
이하의 비교예 및 실시예는 서로 다른 방식으로 첨가제 원소를 유전체 입자에 도핑하여 유전체 조성물을 형성한 것이며, 서로 다른 방식으로 제조한 유전체 조성물을 소성하여 유전체 결정립을 포함하는 유전체층을 구현한 것이다.
비교예 1은 고상 선분산 방식을 통해 티탄산바륨(BaTiO3)에 디스프로슘(Dy)을 도핑하여 유전체 조성물을 조제하였으며, 이를 소성하여 샘플 칩(chip)을 제조하였다.
비교예 2는 고상 선확산 방식을 통해 티탄산바륨(BaTiO3)에 Dy를 도핑한 것이며, 이외에는 비교예 1과 동일하다.
실시예는 액상 선확산 방식을 통해 티탄산바륨(BaTiO3)에 Dy를 도핑한 것이며, 이외에는 비교예 1과 동일히다.
이하의 표 1은 비교예 및 실시예의 전기적 특성, Dc-bias 특성 및 신뢰성을 평가한 데이터이다.
전기적 특성은 유전용량인 Cp 및 손실계수인 DF(Dissipation Factor)에 대해 측정하였으며, Dc-bias 특성은 전압조건 14V에서의 Cp 및 DC를 측정하였다.
신뢰성은 MTTF(Mean Time To Failure)으로 평가하였으며, 각 비교예 및 실시예에 있어서, 40 개의 샘플 칩(chip)에 신뢰성 평가를 진행하였을 때, 각 샘플 별로 고장이 발생한 시간들의 평균 시간을 의미한다.
이 때, B0.1은 전체 샘플 칩 중 0.1%의 샘플의 고장이 발생하는 시간을 의미하고, B0.43은 전체 샘플 칩 중 0.4329%의 샘플의 고장이 발생하는 시간을 의미하며, 형상모수란 샘플 고장 시간의 산포를 의미하며, 형상모수 값이 높을수록 초기 고장 발생 빈도가 줄고, 시간이 지남에 따라 고장 발생 빈도가 많아짐을 의미한다.
전기적 특성 Dc-bias 신뢰성
Cp (μF) DF Cp@14V (μF) DC@14V MTTF (hrs) B0.1 (hrs) B0.43 (hrs) 형상모수
비교예 1 10.28 0.0493 3.29 -68.2% 142.65 26.30 38.40 3.86
비교예 2 10.53 0.0684 3.23 -69.9% 165.53 9.75 18.21 2.34
실시예 10.14 0.0651 3.24 -69.1% 161.65 67.59 82.38 7.38
상기 표 1을 참조하면 비교예 및 실시예에 있어서 전기적 특성 및 Dc-bias 특성에 있어서는 큰 차이가 발생하지 않으나, 신뢰성은 실시예가 더 우수함을 확인할 수 있다.
이는 유전체 조성물의 균일한 입성장으로 인해 유전체 결정립의 크기가 균일함에 따라 신뢰성이 향상된 것으로 예측된다.
도 9는 비교예 1, 비교예 2 및 실시예의 MTTF 평가를 진행하였을 때, 샘플 칩(chip)의 고장시간을 누적적으로 나타낸 그래프이다.
이를 참조하였을 때, B0.1 및 B0.43 값은 비교예 2가 가장 작고 실시예가 가장 큰 것으로부터 전체 샘플 칩의 0.1%가 고장이 날 때까지 실시예가 가장 오래 걸린 것을 참조하였을 때 실시예의 신뢰성이 우수함을 확인할 수 있다.
형상모수 값은 비교예 2가 가장 작고, 실시예가 가장 큰 것으로부터, 고장난 시간들의 분포가 비교예 2가 가장 넓고, 실시예가 가장 좁음을 알 수 있다. 즉, 고장 시간 분포가 실시예가 제일 좁으므로 신뢰성 예측이 용이하다는 장점이 있다.
보다 구체적으로 도면을 참조하여 설명하면, 도 6 내지 도 8은 SEM 및 SEM-EDS 분석장치를 이용하여 비교예 및 실시예의 유전체 결정립 크기, 크기 분포 및 Dy을 mapping 한 화상 이미지이다.
보다 구체적으로, 도 6 내지 도 8 각각의 (a) 도면은 비교예 1에 관한 것이며, 각각의 (b) 도면은 비교예 2에 관한 것이고, 각각의 (c) 도면은 실시예에 관한 것이다.
보다 구체적으로 도 6을 참조하였을 때, 비교예 1의 유전체 결정립 평균 크기는 237.7 nm 이며, 최대 편차는 ± 79.5 nm 로 측정되었고, 비교예 2의 유전체 결정립 평균 크기는 230.0 nm 이며, 최대 편차는 ±72.0 nm 로 측정되었으며, 실시예의 유전체 결정립 평균 크기는 182.7 nm 이며, 최대 편차는 ±53.1 nm 로 측정되었다. 이로부터, 액상 선확산을 통해 유전체 결정립을 형성하는 경우 유전체 결정립의 평균 크기가 작으면서도 균일한 크기로 제조할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 7 및 도 8은 동일한 영역의 유전체 결정립 및 이의 Dy mapping 분석을 진행해본 TEM 및 TEM-EDS mapping 화상 이미지이다. 비교예 1인 도 8a 및 비교예 2인 도 8b와 비교하여 실시예인 도 8c를 확인해보면, 코어 영역이 상대적으로 작음을 확인할 수 있다.
또한, 본 개시에서 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 개시에서 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.
10: 유전체 조성물
11: 유전체 입자
12, 12': 첨가제 이온, 첨가제 산화물
20: 유전체 결정립
21: 코어
21a, 21b: 제1 코어, 제2 코어
22: 쉘
100: 적층형 전자 부품
110: 바디
111: 유전체층
112, 113: 커버부
121, 122: 내부 전극
131, 132: 외부 전극
131a, 132a, 131b, 132b: 전극층
131c. 132c, 131d, 132d: 도금층

Claims (15)

  1. 유전체층 및 내부 전극을 포함하는 바디; 및
    상기 바디의 외측에 배치되며, 상기 내부 전극과 연결되는 외부 전극; 을 포함하며,
    상기 유전체층은 복수의 유전체 결정립을 포함하고, 상기 복수의 유전체 결정립 중 적어도 하나 이상은 내측의 코어 영역 및 상기 코어 영역의 적어도 일부를 커버하는 쉘 영역을 포함하는 코어-쉘 구조를 포함하며,
    상기 복수의 유전체 결정립 중 90% 이상은 평균 크기 170.0 nm 내지 190.0 nm 를 만족하고, 상기 유전체 결정립 크기의 최대 편차는 상기 유전체 결정립의 평균 크기 대비 ±60.0 nm 를 만족하는
    적층형 전자 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 결정립의 평균 크기에 대한 상기 유전체 결정립 크기의 표준편차 값의 비율인 변동계수(CV)는 30 % 미만을 만족하는
    적층형 전자 부품.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코어 영역은 희토류 원소를 포함하는
    적층형 전자 부품.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코어 영역 중, 상기 코어 영역의 중심점으로부터 외측 방향으로 1/2 지점까지의 영역을 제1 코어 영역, 상기 제1 코어 영역의 외측부로부터 상기 코어 영역의 외측부까지의 영역을 제2 코어 영역이라고 정의할 때,
    상기 제1 코어 영역은 희토류 원소를 포함하는
    적층형 전자 부품.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 코어 영역에 포함된 상기 희토류 원소의 평균 함량은 0.00 at% 초과 0.20 at% 미만인
    적층형 전자 부품.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 코어 영역의 중심점으로부터 상기 제1 코어 영역의 1/2 지점까지의 영역에 포함된 상기 희토류 원소의 평균 함량은 0.00 at% 초과 0.05 at% 이하인
    적층형 전자 부품.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 코어 영역의 중심점에서의 상기 희토류 원소의 평균 함량은 0.00 at% 초과 0.05 at% 이하인
    적층형 전자 부품.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 쉘 영역은 상기 희토류 원소를 포함할 수 있으며,
    상기 코어 영역은 상기 희토류 원소의 평균 함량이 0.00 at% 초과 0.20 at% 미만을 만족하는 제1 코어 영역 및 상기 제1 코어 영역의 적어도 일부를 커버하는 제2 코어 영역을 포함하며,
    상기 제2 코어 영역에 포함된 희토류 원소의 평균 함량은 상기 제1 코어 영역에 포함된 희토류 원소의 평균 함량보다 높고 상기 쉘 영역에 포함된 희토류 원소의 평균 함량보다 낮은
    적층형 전자 부품.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유전체층은 모재 주성분 및 희토류 원소를 포함하는 부성분을 포함하며,
    상기 희토류 원소의 평균 함량은 상기 코어 영역보다 상기 쉘 영역에서 더 높은
    적층형 전자 부품.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 희토류 원소는 La, Y, Ac, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는
    적층형 전자 부품.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 외부 전극은, 상기 바디 상에 배치되며 제1 도전성 금속과 글라스를 포함하는 제1 전극층 및 상기 제1 전극층 상에 배치되며 제2 도전성 금속과 수지를 포함하는 제2 전극층을 포함하는
    적층형 전자 부품.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 외부 전극은, 상기 전극층 상에 배치되는 도금층을 더 포함하는
    적층형 전자 부품.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 도금층은, 상기 전극층 상에 배치되며 제1 도금 금속을 포함하는 제1 도금층 및 상기 제1 도금층 상에 배치되며 제2 도금 금속을 포함하는 제2 도금층을 포함하는
    적층형 전자 부품.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 유전체층의 평균 두께는 0.4 μm 이하인
    적층형 전자 부품.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 내부 전극의 평균 두께는 0.4 μm 이하인
    적층형 전자 부품.
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