[논문]고압용 X7R 적층 칩 캐패시터의 희토류 및 유리프릿 첨가에 따른 전기적 특성

윤중락; 이석원

고압용 X7R 적층 칩 캐패시터의 희토류 및 유리프릿 첨가에 따른 전기적 특성
The electrical properties according to rare-earth and glass frit content of high voltage mutilator chip capacitor with X7R properties 원문보기

윤중락 (삼화콘덴서공업(주)) , 이석원 (호서대학교 정보제어공학과)

X7R 고압용 적층 칩 캐패시터 제작을 위한 내환원성 유전체 조성물에서 희토류인 $Er_2O_3$을 0.6 mol% 첨가한 후 유리프릿 첨가시소결특성 및 절연저항이 향상됨을 확인 할 수 있었다. 회토류인 $Er_2O_3$을 첨가시 유전율 및 절연저항이 감소하는 경향을 보이나 $85^{\circ}C$ 영역에서 온도특성을 향상시키는 것을 확인하였으며 고압 적층 칩 캐패시터 제작시 온도 특성이 우수한 재료를 개발 할 수 있었다.

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문제 정의

기존의 연구에서는 BaTi6를 주재료로 하여 MgO, Y2O₃, MnCh, 희토류(Dy?03, HO₂O₃, Er2O3, SmQG, 저온 소결소제(V2O₅, SiO₂₁ CaSiO₃)를 첨가하여 유전 특성을 향상시켰다는 보고는 있으나 고압용 원료로 적용시 인가전압에 따른 전기적 특성 및 내전압 특성에 대한 연구는 부족한 실정이다. [2] 따라서 본 논문에서는 X7R 특성을 만족하면서도 고전압 특성에 맞는 전기적 특성을 얻기 위하여 BaTiO₃ - MgO - MnO₂ -Y2O3를 주성분으로 하고 소결 조제로서 (BawCaoGSiCh 유리 프릿을 첨가하고 온도특성 맟 내전압 특성을 향상시키기 위하여 &23를 첨가하여 소결온도 맟 첨가량에 따론 유전 특성 및 절연저항 특성을 검토하였다. 또한 상기 조성을 이용하여 고압용 MLCC 를 제작하여 고압 적층 칩 MLCC로서의 가능성을 확인하였다.

제안 방법

[2] 따라서 본 논문에서는 X7R 특성을 만족하면서도 고전압 특성에 맞는 전기적 특성을 얻기 위하여 BaTiO₃ - MgO - MnO₂ -Y2O3를 주성분으로 하고 소결 조제로서 (BawCaoGSiCh 유리 프릿을 첨가하고 온도특성 맟 내전압 특성을 향상시키기 위하여 &23를 첨가하여 소결온도 맟 첨가량에 따론 유전 특성 및 절연저항 특성을 검토하였다. 또한 상기 조성을 이용하여 고압용 MLCC 를 제작하여 고압 적층 칩 MLCC로서의 가능성을 확인하였다.
절연저항 저항 측정은 100 V, 60초 인가한 후 고저항 측정기 (HP4339B, HP, USA)를 이용하여 측정하였으며 R (절연저항)*C(캐패시턴스)으로 나타내었다.온도 특성은 -55C ~ 125t, lKHzf 1 Ve$ 조건에서 온도특성 측정기 (4220A, S&A Inc., USA)를 이용하여 측정하였다.
건조한 분말에 PVA를 소량 첨가하여 1.5 ton/cn?의 압력으로 성형하여 성형체를 만든 후 PO₂ 1 10-11 (Pa) 분위기에서 소결 온도를 1250, 128이:로 하여 2시간 소결하였다. 소성 후 재 열처리는 PO₂ 1 X 10-4(pa) 분위기로 100이:에서 2 시간 행하였다.
조성에 따른 유전율과 손실은 1KHZ, 1 Vnns 조건으로 LCR 측정기 (HP4278A, HP, USA)를 이용하여 캐패시턴스 값을 측정한 후 유전율을 계산하였다. 절연저항 저항 측정은 100 V, 60초 인가한 후 고저항 측정기 (HP4339B, HP, USA)를 이용하여 측정하였으며 R (절연저항)*C(캐패시턴스)으로 나타내었다.온도 특성은 -55C ~ 125t, lKHzf 1 Ve$ 조건에서 온도특성 측정기 (4220A, S&A Inc.
소성 후 재 열처리는 PO₂ 1 X 10-4(pa) 분위기로 100이:에서 2 시간 행하였다. 조성에 따른 유전율과 손실은 1KHZ, 1 Vnns 조건으로 LCR 측정기 (HP4278A, HP, USA)를 이용하여 캐패시턴스 값을 측정한 후 유전율을 계산하였다. 절연저항 저항 측정은 100 V, 60초 인가한 후 고저항 측정기 (HP4339B, HP, USA)를 이용하여 측정하였으며 R (절연저항)*C(캐패시턴스)으로 나타내었다.

대상 데이터

본 실험에서 사용한 분말 용매열법(Hydro thermal meiho로 제조된 BaTiO₃ (Sakai.BT-04B)를 사용하였으며 첨가제로는 MgO, MnO2, Y2O₃, SiO₂ 첨가하였고 내전압 특성 및 온도 특성 향상을 위하여 유리 프릿으로 (BawCaoQSiQj를 0~1.5wt%희토류로 Er2O3 첨가하였다. 유리프릿은 BaCO₃, CaCO₃, &O₂를 건식 혼합한 후 15:에서 2시간 용융한 후 급속 냉각시킨 후 Ball Mill을 이용하여 분쇄하였다.

성능/효과

그림 3는 Er?O₃을 0.6 mol% 첨가한 후 유리프릿 첨가량 및 소결 온도에 따른 절연저항 변화로서 유리프릿의 증가에 따라 절연 특성이 향상됨을 확인할 수 있으며 소결 온도를 적절히 선정하는 것이 주요한 인자임을 확인할 수 있었다.
고압용 적층 칩 캐패시터 제작을 원료 실험 결과 EaO₃을 0.6 mol% 첨가한 후 유리프릿 1.0 wt첨가시 유전율 2500이상, 유전손실 0.5% 이하, 절연저항 (R*C) 1000이상의 값을 얻을 수 있었으며 희토류인을 첨가시 유전율 및 절연저항이 감소하는 경향을 보이나 85t 영역에서 온도특성을 향상시키는 것을 확인하였다.
그림 2는 ErzO₃을 0.6 mol% 첨가한 후 유리프릿 첨가량 및 소결 온도에 따른 유전손실 변화로서 유리프릿의 증가에 따라 손실에 악영향을 미치지 않음을 확인할 수 있으며 소결 조제로서의 역할을 하고 있음을 확인할 수 있다.
6 mol% 첨가한 후 유리프릿 첨가량 및 소결 온도에 따른 유전율의 변화로서 소결온도에 따라 유전율이 증가하는 현상은 보이지만 전체적으로는 저 유전율을 가지는 유리 프릿올함량이 증가할수록 유전율이 저하됨을 볼 수 있다. 또한, 유리 프릿이 소결성에 영향을 주어 유전율을 변화하게 함을 확인할 수 있다.

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