제6장 MLCC제조용 재료

제 1절  제조용 필름(박리제) 

 

1.  서론

 

최근, MLCC는 재료 설계 및 제조프로세스의 기술 향상으로 소형화·대용량화가 검토되어 유전체층의 박층화와 다적층화가 진행되고 있다.  유전체층의 성형에는 플라스틱 필름에 박리제가 코팅된 공정필름(이하, 박리필름)이 사용되는데, 유전체층의 박층화·다층화에 대응하기 위해 다양한 성능을 갖춘 설계가 필요하다. 이 장에서는 MLCC제조용 박리필름의 요구성능과 설계, 이들의 물성·평가방법에 대해 해설한다.

 

2.  박리필름의 요구성능

 

 MLCC 제조 프로세스의 박리필름 사용 예를 그림1에 나타냈다. 최근, 박리필름은 1㎛이하의 그린시트(이하, 박층 그린시트)성형에도 사용되게 되어, 그린시트를 균일한 두께로 성형하기 위한 높은 표면평활성이 요구되고 있다. 또한 박리제층 표면으로 유전체 슬러리(이하, 슬러리) 도포시에 얼룩이나 튐에 의한 핀홀, 슬러리 단부의 튐을 발생시키지 않고 슬러리를 얇고 균일하게 도포할 수 있는 뛰어난 표면 젖음성(이하 wetting성)도 중요하다. 그리고 강도가 낮은 박층 그린시트를 파단시키지 않고 박리가능한 적절한 박리성이 필수불가결하다.

상기 이외의 요구성능으로, 예를 들면 그린시트 성형 후에 권취한 박리필름을 다음 공정에 내보낼 때, 그린시트가 박리필름 배면에 전착하는 경우가 있으며, 대책으로 필름 양면에 박리제층을 설계하는 경우가 있다. 또한 고평활성 필름을 사용할 때 투입시의 대전량이 대폭 증가하는 경우, 대전방지제층을 설계하는 경우도 있다.  다음으로, 각각의 요구성능에 대해 구체적인 예를 들어 설명하겠다.

 

2.1 표면평활성

 

 MLCC제조용 박리필름은 기재의 단면에 박리제층이 설계된 구성이 일반적이다. 기재는 인장강도 및 인장탄성계수가 높고 기계적 특성이 뛰어난 2축 연신 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(이하, PET필름)이 주로 사용되며, 활제로 혼합된 무기입자의 종류와 양을 조정하여 표면형상을 제어하고 있다. PET필름의 표면평활성은 산술평균조도 Ra나 최대돌기높이 Rp 등 조도 파라미터로 평가하는데 MLCC 제조용 박리필름은 양산성의 관점에서 Roll to Roll로 생산되며, 롤 형상으로 감을 때의 가공적정성을 충분히 고려할 필요가 있다.

 

 PET필름의 표면평활성이 높은 경우, 반송시의 슬립에 의한 스크래치나 사행, 또는 필름 사이에 공기가 많이 들어가서 잘못 감기는 현상이 발생하기 쉽다(그림2). 또한 롤형상에 감았을 때 박리제층과 PET필름의 배면이 밀착하는 블록킹이 발생하는 경우도 있다(그림3).

 블록킹은 필름 앞뒷면의 접촉면적이 현저히 증대된 상태로, 조합할 수 있는 박리제층의 두께나 탄성률도 크게 영향을 주기 때문에 박리제층이 두꺼워 저탄성률일 때 발생하기 쉽다. 블록킹은 박리필름 투입시의 대전량을 대폭 상승시켜, 방전현상에 따른 착화사고의 리스크가 높아지기 때문에 방재상의 관점에서도 대책이 필요하다. 또한 MLCC제조 프로세스에서 발생한 정전기로 인해 미세한 환경이물이 박리필름의 표면에 부착되어, 슬러리의 균일한 도포를 방해하거나, MLCC 내부로의 혼입이물을 증가시킬 우려가 있다.

 

 표면평활성이 높은 PET필름을 사용하는 데는 많은 과제가 있는데 필름 자체의 표면형상이 박리제층의 표면평활성에 큰 영향을 주기 때문에 그 고평활성을 추구하여 박리제층 표면의 돌출부로 인한 그린시트 두께의 국소적 박층화를 억제하여 MLCC의 불량률을 낮추고 신뢰성을 향상시키는 것이 기대된다.

 

2.2 슬러리 도공성

 

박리제 표면의  wetting성은, 슬러리를 도포했을 때의 얼룩이나 튐에 의한 핀홀 발생 유무 또는 슬러리 도포후 양단부의 튐 정도를 확인하는 등의 방법을 통해 평가된다.  박리제층에는 무기 고분자계 박리제인 ‘실리콘계’와  ‘알키드계’, ’장쇄알킬계’로 대표되는 유기 고분자계 박리제가 일반적인데, 여기서는 ‘실리콘계’에 대해 설명한다.  실리콘계 박리제(이하, 실리콘)의 주성분은 비닐기 등의 알케닐기 함유 폴리디메틸 실록산과 hydrosil기 함유한 가교제가 사용되며, 경화 시스템은 백금촉매존재에서의 hydrosil화 반응을 활용한 부가반응형이 일반적이다(그림4)

 

실리콘의 가교밀도는 가교점이 되는 알케닐 함유량과 hydrosil기의 함유량으로 제어되며, 모두 함유량이 많을수록 가교밀도가 높아진다. 여기서 가교밀도가 다른 2종류의 실리콘A·B를 각각 PET 필름의 단면에 도포·가열건조하여 제작한 박리필름 A·B에 대한 나노인덴터의 측정결과를 그림5에 나타내었다. 세로축이 탄성률, 가로축이 깊이 방향의 정보를 나타내었다. 실리콘 A·B는 탄성률이 다른데 실리콘 A가 B보다도 탄성률이 낮다는 것이 확인된다. 다음으로, 박리필름 A·B에 각각 건조 후의 그린시트 두께가 약 3㎛가 되도록 슬러리를 도포하여 성형한 그린시트의 양단부를 관찰했다. 그 결과, 가교밀도가 낮은 실리콘 A보다도 가교밀도가 높은 실리콘 B에 큰 튐이 발생하였으며, 실리콘의 가교밀도가 낮은 쪽이 wetting성이 뛰어나다는 것이 확인되었다(그림6)

 

 

 

2.3 슬러리 도공성 평가방법

 

 습윤성의 평가방법으로 정적접촉각이 널리 사용되는데, 액적의 접촉각이 큰 경우는 젖기 어렵고, 작은 경우는 젖기 쉽다고 판단된다(그림7). 가교밀도가 다른 2종류의 실리콘의 순수(純水)에 대한 정적접촉각을 비교했더니, 슬러리 단부의 튐 정도가 작은 저가교밀도 실리콘A가 고가교밀도 실리콘B보다도 접촉각이 크고, 실제 슬러리 도공성과 정적접촉각에서 판단되는 wetting성과는 다른 경향을 보였다(표1).

 

여기서 액적의 ‘활락각’에 착목했다(그림8). 활락각은 고체표면의 액적제거성 평가방법으로 사용되는데 활락각이 클수록 액적유지성이 커서 wetting성이 좋다고 할 수 있다. 저가교밀도 실리콘A와 고가교밀도 실리콘B의 동일 액량 순수에 대한 활락각을 비교한 결과, 저가교밀도 실리콘A의 활락각이 고가교밀도 실리콘B보다도 커서 가교밀도가 낮은 경우에 액적유지성이 뛰어났다(표1). 액적의 활락각과 슬러리 단부의 튐 정도는 강한 상관성을 보이며, 활락각은 슬러리 wetting성 평가지표로써 유효하다고 생각된다.

 

2.4 그린시트 박리성

 

그림9에 나타낸 방법으로 측정한 박리속도와 그린시트 박리력의 관계를 그림10으로 나타내었다. 저가교밀도 실리콘은 고가교밀도 실리콘 보다도 박리력이 높아 박리속도의 증가에 따라 박리력이 크게 상승하는 경향을 보였다. 저가교밀도 실리콘은 탄성률이 낮기 때문에 박리속도 상승에 따라 도막 변형이 커져, 그린시트에 대한 추종성이 높아져서 박리력이 증대된 것으로 보인다. 한편, 고가교밀도 실리콘은 도막 변형이 작기 때문에 그린시트에 대한 추종성이 낮아, 박리속도 의존성도 낮아진 것으로 보인다.

 

 

또한 박리제층의 두께도 그린시트 박리성에 큰 영향을 끼치는데, 박리제층이 두꺼운 경우는 박리력이 증대되며 반대로 박리제층 두께가 얇으면 박리력은 감소한다(그림11). 이는 박리제층 두께가 두꺼운 경우, 박리제층이 그린시트를 추종하기 쉬워져 저가교밀도 실리콘처럼 거동하기 때문이라고 생각된다. 한편, 두께가 얇은 경우는 변형이 작아져, 그린시트에 대한 추종성이 저하되기 때문에 박리력이 감소했다고 생각할 수 있다.

 

박리필름에 필요한 적절한 박리력은 그린시트의 특성 및 두께, 박리·적층방법에 따라 다르다. 일반적으로 MLCC의 외층에 사용되는 두꺼운 시트에 대해서는 시트 성형 후 운반시의 시트 들뜸이나 박리를 억제하려는 목적에서 박리력이 높은 박리제가 이용된다. 한편 내부전극 인쇄용으로 박층화된 저강도 그린시트에는 고가교밀도 실리콘과 같은 박리력이 낮은 박리제가 필요하다.

 

 MLCC 제조용 박리필름에 필요한 적절한 박리성이란 성형된 그린시트를 반송할 때 들뜸이나 벗겨짐 없이 필름상에 유지되어 박리·적층공정에서 시트를 파단시키지 않고 정상적으로 박리할 수 있는 것으로, 실리콘 도막의 탄성률과 두께를 제어하는 것이 효과적이다.

 

3.  결론

 

실리콘계 박리제를 사용한 박리필름의 설계를 중심으로, 요구성능 및 최근의 평가방법 소개와 섞어서  MLCC 제조용 박리필름에 대해 해설했다.  실리콘계 박리제는 가교밀도에 착목한 설계에 있어, 양호한 슬러리 도공성 및 그린시트 경박리성과는 상반되는 관계였다. 앞으로는 표면 에너지가 다른 각종 첨가제에 의한 개질 및 실리콘계 박리제보다도 표면 에너지가 높은 유기 고분자계 박리제와 저표면 에너지 재료를 병용한 경사구조막 등, 새로운 재료설계를 도입함으로써, 박리필름의 한층 높은 고성능화가 기대된다.