$BaTiO_3$ 입자 크기가 MLCCs의 절연 특성 및 MLCCs 특성 열화에 미치는 영향을 알아보기 위해 서로 다른 입자를 사용하여 제작한 MLCCs의 가속열화시험을 $150^{\circ}C$, 75 V조건에서 실시하였다. 실험에 사용된 MLCCs는 각각 $0.525{\mu}m$, $0.555{\mu}m$, $0.580{\mu}m$의 입자 크기를 가지는 $BaTiO_3$와 Ni계 전극을 사용하여 상용화된 공정을 통해 제조되었다. 제조된 MLCCs에 대해 정상 유무 확인을 위해 X5R조건 하에서 TCC(Temperature Coefficient of Capacitance) 측정을 통해 유전 변화율에 대해 알아보았다. 세 가지 입자 크기에 따른 절연저항의 거동을 알아보기 위해 BDV(Breakdown Voltage)를 실시하였고, 가속열화시험 후 입자의 크기에 따른 MLCCs 열화의 정도와 원인을 알아보기 위해 XPS(If-ray photoelectron spectroscopy)를 통해 고장분석을 하였다. $BaTiO_3$의 입자 크기가 작을수록 절연파괴저항 및 절연저항 열화에 우수한 특성을 나타내었고, XPS 분석 결과 확인된 NiO peak과 $BaTiO_3$ peak 감소를 통해 MLCCs 열화원인이 유전체의 산소 환원과 환원된 산소와 전극간 반응임을 알 수 있었다.
$BaTiO_3$ 입자 크기가 MLCCs의 절연 특성 및 MLCCs 특성 열화에 미치는 영향을 알아보기 위해 서로 다른 입자를 사용하여 제작한 MLCCs의 가속열화시험을 $150^{\circ}C$, 75 V조건에서 실시하였다. 실험에 사용된 MLCCs는 각각 $0.525{\mu}m$, $0.555{\mu}m$, $0.580{\mu}m$의 입자 크기를 가지는 $BaTiO_3$와 Ni계 전극을 사용하여 상용화된 공정을 통해 제조되었다. 제조된 MLCCs에 대해 정상 유무 확인을 위해 X5R조건 하에서 TCC(Temperature Coefficient of Capacitance) 측정을 통해 유전 변화율에 대해 알아보았다. 세 가지 입자 크기에 따른 절연저항의 거동을 알아보기 위해 BDV(Breakdown Voltage)를 실시하였고, 가속열화시험 후 입자의 크기에 따른 MLCCs 열화의 정도와 원인을 알아보기 위해 XPS(If-ray photoelectron spectroscopy)를 통해 고장분석을 하였다. $BaTiO_3$의 입자 크기가 작을수록 절연파괴저항 및 절연저항 열화에 우수한 특성을 나타내었고, XPS 분석 결과 확인된 NiO peak과 $BaTiO_3$ peak 감소를 통해 MLCCs 열화원인이 유전체의 산소 환원과 환원된 산소와 전극간 반응임을 알 수 있었다.
The accelerated life time test of the MLCCs with different $BaTiO_3$ particle sizes were conducted at $150^{\circ}C$, 75 V condition and the effect of $BaTiO_3$ particle size on the breakdown voltage and degradation characteristics of MLCCs was investigated. The MLCC...
The accelerated life time test of the MLCCs with different $BaTiO_3$ particle sizes were conducted at $150^{\circ}C$, 75 V condition and the effect of $BaTiO_3$ particle size on the breakdown voltage and degradation characteristics of MLCCs was investigated. The MLCCs were prepared by using the $BaTiO_3$ particles having the size of $0.525{\mu}m$, $0.555{\mu}m$, $0.580{\mu}m$ and Ni-electrode, respectively. The MLCCs which have the particle size of $0.525{\mu}m$, $0.555{\mu}m$, and $0.580{\mu}m$, respectively were confirmed to meet the standard requirements of X5R(change capacitance within ${\pm}15%$ at $-55{\sim}85^{\circ}C$) by TCC(Temperature Coefficient of Capacitance). The effect of the $BaTiO_3$ particle size on the insulation resistance behavior of MLCCs was confirmed by BDV(Breakdown Voltage) measurements and the cause and degree of degradation of MLCCs were characterized by XPS analysis after the accelerated life test. The MLCCs with $0.525{\mu}m-BaTiO_3$ showed better insulation resistance and BDV characteristics compare to other MLCCs and XPS analysis revealed that the MLCCs degradation is caused by the NiO peak and $BaTiO_3$ peak decrease.
The accelerated life time test of the MLCCs with different $BaTiO_3$ particle sizes were conducted at $150^{\circ}C$, 75 V condition and the effect of $BaTiO_3$ particle size on the breakdown voltage and degradation characteristics of MLCCs was investigated. The MLCCs were prepared by using the $BaTiO_3$ particles having the size of $0.525{\mu}m$, $0.555{\mu}m$, $0.580{\mu}m$ and Ni-electrode, respectively. The MLCCs which have the particle size of $0.525{\mu}m$, $0.555{\mu}m$, and $0.580{\mu}m$, respectively were confirmed to meet the standard requirements of X5R(change capacitance within ${\pm}15%$ at $-55{\sim}85^{\circ}C$) by TCC(Temperature Coefficient of Capacitance). The effect of the $BaTiO_3$ particle size on the insulation resistance behavior of MLCCs was confirmed by BDV(Breakdown Voltage) measurements and the cause and degree of degradation of MLCCs were characterized by XPS analysis after the accelerated life test. The MLCCs with $0.525{\mu}m-BaTiO_3$ showed better insulation resistance and BDV characteristics compare to other MLCCs and XPS analysis revealed that the MLCCs degradation is caused by the NiO peak and $BaTiO_3$ peak decrease.
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문제 정의
고온-고전계 상황에서의 가속열화시험을 통해, 세 가지 서로 다른 크기의 BaTiO3 입자로 제조된 MLCCs에대해 기존의 고장 원인이라고 알려져 있던 환원 모델이 미치는 영향에 대해 연구해 보았다. 입자 크기에 변수를 둔 BaTiO;로 MLCCs를 제작하여, 유전특성중의 하나인 TCC 측정을 통해 규격에 맞는 정상 부품임을 확인하였고, 입자 크기가 열화에 미치는 영향을 고찰하기 위해 BDV(Breakdown Voltage) 측정을 실시하였다.
제안 방법
4에 가속시험 전의 MLCCs chip과 가속시험 후, 고장으로 판명된 MLCCs에 대한 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 분석 결과를 비교하였다. BaTiQ에서환원된 O의 확인과, 전극재로 사용된 Ni와 환원된 O의 결합으로 생성된 NiO의 확인을 위해 표면 에칭을 통한 XPS depth profiled 조사하였다. 그 결과 Fig.
정상 규격이 확인된 MLCCs chip 에 대해 BDV(Breakdown Voltage)> 즉정하였으며, 항온항습기(ATC-150) 150℃, 75V 내에서 가속 열화 시험을 실시하였다. MLCCs의 열화 및 고장원인을 밝히기 위해 2000 spectrometer(VG Microtech)를 사용하여 XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) 분석을 실시하였다.
8 cm(단위가 맞는지 확인요망)의 크기와 10μF의 평균정전용량을 가지는 것으로 확인되었다. X5R 규격을 만족하는지 여부를 확인하기 위해 impedance analyzer를 사용하여 -55~ 85℃ 범위에서 TCC(Temperature Coefficient of Capacitance)* 측정하였다. 정상 규격이 확인된 MLCCs chip 에 대해 BDV(Breakdown Voltage)> 즉정하였으며, 항온항습기(ATC-150) 150℃, 75V 내에서 가속 열화 시험을 실시하였다.
입자 크기에 변수를 둔 BaTiO;로 MLCCs를 제작하여, 유전특성중의 하나인 TCC 측정을 통해 규격에 맞는 정상 부품임을 확인하였고, 입자 크기가 열화에 미치는 영향을 고찰하기 위해 BDV(Breakdown Voltage) 측정을 실시하였다. 또한 150℃, 75 V의 가속열화시험을 통해 고온-고전계 분위기에서 절연저항 열화 및 고장 특성을 알아보았다.
MLCCs(Multi Layer Ceramic Capacitor)는 전자 부품의 핵심적인 요소로 사용되며, 주로 고주파 상황에서 부하 변동에 대해 필요한 전하를 공급하고, 전원전압을 안정하게 하거나 타 회로에서의 신호를 디커플링 하는 역할을 한다. 본 실험에서는 MLCCs 에 주로 사용되는 BaTiO3[l, 2] 입자크기에 따른 절연저항 특성을 알아보았고, 시간과 비용 측면에서 스트레스인 자를 가속하여 열화 및 고장을 유도하는 가속열화시험 (ALT, Accelerated Life Test)을 통해 고장분석을 실시하였다.
세 가지 입자 크기(0.525 μm, 0.555 pirn, 0.580 μm)를가지는 BaTiQ로 만든 green sheet에 Ni 전극재를 스크린 프린팅법으로 unfired chip을 제조하고 P02 of 106 to 108atm 조건 하에서 400~500℃로 유지시켜 유기물 첨가제를 하소하였다. 하소시킨 green chip을 P02 of 10~10 atm분위기에서 2시간동안 1300℃로 동시 소성시킨 후, 800℃에서 어닐링(re-oxidized) 하였다.
하소시킨 green chip을 P02 of 10~10 atm분위기에서 2시간동안 1300℃로 동시 소성시킨 후, 800℃에서 어닐링(re-oxidized) 하였다. 이후, 외부 전극 재를 스크린 프린팅법으로 입히고 N2 분위기에서 postfiring 하였다. 제조된 MLCCs는 1.
영향에 대해 연구해 보았다. 입자 크기에 변수를 둔 BaTiO;로 MLCCs를 제작하여, 유전특성중의 하나인 TCC 측정을 통해 규격에 맞는 정상 부품임을 확인하였고, 입자 크기가 열화에 미치는 영향을 고찰하기 위해 BDV(Breakdown Voltage) 측정을 실시하였다. 또한 150℃, 75 V의 가속열화시험을 통해 고온-고전계 분위기에서 절연저항 열화 및 고장 특성을 알아보았다.
X5R 규격을 만족하는지 여부를 확인하기 위해 impedance analyzer를 사용하여 -55~ 85℃ 범위에서 TCC(Temperature Coefficient of Capacitance)* 측정하였다. 정상 규격이 확인된 MLCCs chip 에 대해 BDV(Breakdown Voltage)> 즉정하였으며, 항온항습기(ATC-150) 150℃, 75V 내에서 가속 열화 시험을 실시하였다. MLCCs의 열화 및 고장원인을 밝히기 위해 2000 spectrometer(VG Microtech)를 사용하여 XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) 분석을 실시하였다.
대상 데이터
BaTiO3 입자 크기가 유전체 열화특성에 미치는 영향을 알아보기 위해, 세 가지 서로 다른 입자 크기 (0.525 呻, 0.555 jim, 0.580 μm)를 갖는 BaTiO3 입자를 사용하여 MLCCs를 제작호]였다. Ni-BaTiO3 MLCCs제조는상용화된 제조공정을 통해서 이루어졌다.
580 μm)를 갖는 BaTiO3 입자를 사용하여 MLCCs를 제작호]였다. Ni-BaTiO3 MLCCs제조는상용화된 제조공정을 통해서 이루어졌다.
데이터처리
Fig. 4에 가속시험 전의 MLCCs chip과 가속시험 후, 고장으로 판명된 MLCCs에 대한 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 분석 결과를 비교하였다. BaTiQ에서환원된 O의 확인과, 전극재로 사용된 Ni와 환원된 O의 결합으로 생성된 NiO의 확인을 위해 표면 에칭을 통한 XPS depth profiled 조사하였다.
성능/효과
결과이다. 0.525 卜皿의 BaTiC>3로 제작된 MLCC의 절연파괴전압 평균값(600V)은 최대값 664V, 최소값 538 V으로써 0.555 呻와 0.580 μm의 값보다 더 높음을 알 수 있다. 0.
1) 세 가지 입자 크기를 가지는 MLCCs에 대해, TCC 결과 세 종류 모두 X5R의 온도 조건에서 정전용량의변화율이 ±15% 이내를 만족하였다. 절연파괴전압은 0.
2) 가속열화시험 후 열화 된 시편과 정상시편을 XPS 분석을 한 결과, 고장난 시편의 경우Ni peak이 크게 감소하였고 Ni 2p 3/2(852.7 eV)가 관찰되었다. 또한, BaTiO3 peak의 감소에 의해 유전체의 산소 환원이 발생하였다.
BaTiQ에서환원된 O의 확인과, 전극재로 사용된 Ni와 환원된 O의 결합으로 생성된 NiO의 확인을 위해 표면 에칭을 통한 XPS depth profiled 조사하였다. 그 결과 Fig. 4에 제시한 바와 같이, 가속시험에 의해 절연저항 열화가 일어난 MLCCs 시편에서 NiO 2p 3/2 peak(853.5 eV[10]> 확인 할 수 있었고, 가속시험 전과 후의 BaTiO3 O Is peak이 크게 감소한 것을 알 수 있다.
세 종류의 MLCC는 X5R 기준인 -55-+85℃의 온도 범위에서 정전용량 변화율 ± 15 % 이내를 만족하였다. 따라서 제조된 MLCC chip과 제조 방법 등이 정상임을 확인할 수 있었다.
525 μ이에서 절연파괴전압 평균값(600 V)은 최대값 664 V, 최소값 538 V로써 가장 우彳한 특성을 나타내었다. 또한 가속열화시험의 결과는 가장 작은 입자 크기를갖는 BaTiO3 인 0.525 皿에서 가장 적은 열화정도를보였다. 이는 입자의 크기에 영향을 받은 grain size의크기 차이가 소결체의 균일성이나 구조, 형상에 영향에의한 것으로 판단된다.
1은 세 종류의 particle size를 가지는 BaTiO계 powder로 제작된 MLCC 제품에 대한 TCC 분석 결과를 나타낸 것이다. 세 종류의 MLCC는 X5R 기준인 -55-+85℃의 온도 범위에서 정전용량 변화율 ± 15 % 이내를 만족하였다. 따라서 제조된 MLCC chip과 제조 방법 등이 정상임을 확인할 수 있었다.
유전체의 particle size가 작아짐에 따라서 절연파괴저항값이 높아지는 현상은 이미 잘 알려진 사실이다[3]. 알려진 대로, 본 실험에서도 raw material의 powder size 가 미세해 질수록 높은 breakdown voltage 값을 나타냄을 확인할 수 있었다.
절연파괴전압은 0.525 μ이에서 절연파괴전압 평균값(600 V)은 최대값 664 V, 최소값 538 V로써 가장 우彳한 특성을 나타내었다. 또한 가속열화시험의 결과는 가장 작은 입자 크기를갖는 BaTiO3 인 0.
이후, 외부 전극 재를 스크린 프린팅법으로 입히고 N2 분위기에서 postfiring 하였다. 제조된 MLCCs는 1.6X0.8 cm(단위가 맞는지 확인요망)의 크기와 10μF의 평균정전용량을 가지는 것으로 확인되었다. X5R 규격을 만족하는지 여부를 확인하기 위해 impedance analyzer를 사용하여 -55~ 85℃ 범위에서 TCC(Temperature Coefficient of Capacitance)* 측정하였다.
참고문헌 (10)
K. Yao and W. Zhu, "Barium titanate glass-ceramic thin films for integrated high-dielectric media", Thin Solid Films 408 (2002) 11
L.W. Chu, K.N. Prakash, M.T. Tsai and I.N. Lin, "Dispersion of nano-sized BaTiO3 powders in nonaqueous suspension with phosphate ester and their applications for MLCC", Journal of the European Ceramic Society 28 (2008) 1205
J. Yamamatsu, N. Kawano, T. Arashi, A. Sato, Y. Nakano and T. Nomura, "Reliability of multilayer ceramic capacitors with nickel electrodes", Journal of Power Sources 60 (1996) 199
K. Yoo, C. Larry, C. Burton and F.W. Stephenson, 'Electrical conduction mechanisms of barium-titanatebased thick-film capacitors', IEEE Trans, Components Hybrids Manuf Technol. CHMT-IO (1987) 274
Xiaohui Wang, Renzheng Chen, Zhilun Gui, Longtu Li, "The grain size effect on dielectric properties of BaTiO3 based ceramics", Materials Science and Engineering B 99 1-3 (2003) 199
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