[논문]적층 칩 캐패시터 제작에 있어 <tex> $BaTiO_3$</tex> 분말 크기에 따른 유전 특성

윤중락; 이헌용

[국내논문] 적층 칩 캐패시터 제작에 있어 $BaTiO_3$ 분말 크기에 따른 유전 특성
Dielectric properties of $BaTiO_3$ Ceramic for Mutilayer Ceramic Capacitor 원문보기

윤중락 (삼화콘덴서공업(주)) , 이헌용 (명지대학교 전기공학과)

Barium titanate (BaTiO3) is one of the most important dielectric materials for the electronic devices, such as MLCC (Multilayer Ceramic Capacitor). The thickness of the dielectric thin film in MLCC has become thinner and reached about 0.8 ${\mu}m$. Further down sizing is required for the higher performance. For this reason, we should take into account for the size effect of Barium titanate powders. In this study, we demonstrated that size effect for BaTiO3 (0.2 ~ 0.5 ${\mu}m$, hydrothermal BT) could be estimates by using dielectric properties analysis together with the powder properties.

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문제 정의

본 연구에서는 BaTiO₃ 분말의 크기에 따른 유전율 및 결정구조 분석을 하였다. 유전율의 경우 소결온도 및 분말의 크기에 따라 유의차를 나타내고 있다.
[1, 2, 3] 고용량의 MLCC 제작을 위해서는 전극과 전극간의 유전체의 두께의 박막화가 요구될 뿐만 아니라 고 유전율화도 필요하다. 유전체 박막의 두께를 줄이기 위해서는 분말의 크기가 작을수록 유리하며 최근에는 BaTiCh의 크기가 50 nm인 원료를 적용한 개발도 진행되고 있匚h 반면, BaTiQ, 분말의 크기가 작아지면서 유전특성이 달라지므로 적충 칩 캐패시터 제작에 있어 분말의 크기에 따른 유전특성을 고려하여 고용량 적층 칩 캐패시터의 설계가 필요하匚L 따라서, 본 논문에서는 수열합성법(Hydro thermal method) 로 제작된 원료의 크기에 따른 유전 특성을 조사하였으며 적층 칩 캐패시터 제작시 적절한 원료 크기를 선정하는 데 필요한 데이터를 제광하고자 한다.

제안 방법

절연저항 향상을 위하여 재산화 열처리는 9001, Ps= IO*7MPa 분위기에서 2시간 행하였다. Ni을 이용하여 전극을 형성하여 소결한 후 유전울과 손실은 1 kHz, 1 \品$ 조건으로 LCR 측정기 (HP4278A, HP, USA)를 이용하여 캐패시턴스 값을 측정한 후 유전율을 계산하였다’
첨가제는 50 ~ 100nm 크기를 적용하였으며 분산 매는 에탄올을 이용하였다. 먼저, 조성식에 맞게 평량 한 다음, 폴리프로필렌 용기에 지르코니아 볼을 이용하여 24시간 습식혼합 하였다 . 3 후, 1000의 건조 오븐에서 24시간 동안 충분히 건조시키고, PVA를 L5wt% 첨가하여 200m嘴h로 체가름하여 조립하였다.
조립된 분말은, 성형한 다음 H₂-N₂-H₂O를 이용하여 PO₂ 그 io*11 MPa 분압 하에서 1220 ~1280℃에서 2시간동안 소결하였다. 절연저항 향상을 위하여 재산화 열처리는 9001, Ps= IO*7MPa 분위기에서 2시간 행하였다. Ni을 이용하여 전극을 형성하여 소결한 후 유전울과 손실은 1 kHz, 1 \品$ 조건으로 LCR 측정기 (HP4278A, HP, USA)를 이용하여 캐패시턴스 값을 측정한 후 유전율을 계산하였다’

대상 데이터

본 실험에서 사용한 분말은 수열합성법(Hydro thermal method) 로 제조된 BaTiOj (Sakai. BT-02, BT-03, BT-04, BT-05)를 사용하였으며 첨가제로는 MgO, MnCh, Y2O₃ Si6를 첨가 하였으며 적층 칩 개패시터에서 X5R 온도특성을 만족하는 조성으로 하였다. 첨가제는 50 ~ 100nm 크기를 적용하였으며 분산 매는 에탄올을 이용하였다.

성능/효과

유전율의 경우 소결온도 및 분말의 크기에 따라 유의차를 나타내고 있다. 특히, 분말의 B 기가 작을수록 저온에서 소결성이 우수하여 높은 유전율을 나타냄을 확인할 수 있었다. 유전체 분말의 분석에서는 분말의 크기에 따라 BET가 급격히 증가되는 크기가 있음을 확인 하였으며 향후 적층 칩 캐패시터 제작시 고려하여야 한다.

후속연구

특히, 분말의 B 기가 작을수록 저온에서 소결성이 우수하여 높은 유전율을 나타냄을 확인할 수 있었다. 유전체 분말의 분석에서는 분말의 크기에 따라 BET가 급격히 증가되는 크기가 있음을 확인 하였으며 향후 적층 칩 캐패시터 제작시 고려하여야 한다.
유전손실 및 절연저항은 소결온도에 따라 차이가 있으며 분말의 기에 따른 영향을 확인 함 수 있다. 이에 대한 자세한 분석이 필요하며 발표시에 할 예정이다.

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