적층세라믹 콘덴서 (전후일본 이노베이션 100선중)

 

기술개발의 개요

 

MLCC의 민생 시장으로의 보급과 전개를 결정지은 것은 그 실장성과 저렴한 비용이었다. 일본의 MLCC의 창생기에는 매거진 방식 멀티 실장, 벌크식 멀티 실장, 테이프식 원바이원 실장이 혼재했다. 각각의 방식은 선택 노즐 모양과 반송 방법의 최적화에 의해서, 실장 밀도와 MLCC에 기계적 충격력 등 품질 요건을 만족하면서도 당시 0.25초/개의 실행 속도를 실현했다. 그 채택이 양산성과 장래의 발전성에 관련된 치수와 이형 대응력의 차이, 더 고밀도 실장을 위한 좁은 인접 실장력 차이로 결정됐다. 테이프식 원바이원 방식 채택에 의해서, MLCC의 이후의 크기와 형상의 설계 자유도를 높이고 더욱 일괄 실장의 멀티 방식에서는 곤란한 좁은 인접 실장이 가능했다. 또 현재는 그 특징에 의해서 MLCC이외의 다양한 크기와 형상의 전자 부품의 장착에 널리 사용되고 있다.

 

또 MLCC의 정전 용량은 유전체의 유전율, 유전 소자 두께, 내부 전극 두께와 그 적층 수, 유효 면적으로 결정되며(그림 3), 저렴한 비용의 실현과 소형화 대용량화는 그것들 각각의 기술과 조합의 기술의 진화에서 이루어지는 크게 2가지로 나뉜다.

그림 3 MLCC의 설계요소

 

첫째는 내 환원성 유전체 재료의 개발에 있어서 유전체 분말이나 내부 전극으로 사용되는 Ni 분말의 미세화와 균질화 또는 유전체 시트을 성형할 때의 시트의 평활화 등 MLCC를 구성하거나 제조 과정에서 이용되는 각종 재료 기술이다.

 

 

재료기술

 

초기의 Ni내부 전극 MLCC는 온도 변화율이 큰 Z5U/Y5V특성이었지만 1980년 후반 무렵부터보다 온도 변화율의 작은 X5R/X7R특성의 요구가 높아지면서 Dy, Ho, Y등의 희토류 원소나 Nb, Ta, W등의 도너 이온을 첨가한 유전체 재료가 개발되었다. 이들의 발견은 유전체 자체의 신뢰성을 현저히 향상시켰고, 향후의 유전 소자의 박층화의 실현과 고온과 고압 인가시의 성능을 확보하기 위한 큰 요소가 됐다. 또한 Ni내부 전극의 박층화를 실현하기 위해서 적은 열량으로 소결이 필수였는데,  각 메이커 독자적인 소결 조재의 첨가나 입자 모양과 크기의 최적화로 이들을 달성했다.

 

또 소형 대용량화에는 유전체, 내부 전극 게다가 외부 전극 재료의 미세화, 균질화가 불가결했다(그림 4). 유전체 소자, Ni내부 전극의 박층화와 함께 그 불균일성이나 이상 부위가 가시화되고 그것들에 대응하는 균질화와 미세화와 같은 재료 품위의 개선과 향상이 행해졌다. 현재는 1980년대와 비교하고 그 사이즈는 약 4분의 1이하이다(그림 5).

 

그림4. 유전체소자와 NI내부전극의 박층화 및 가시화과제

그림 5 MLCC의 설계와 유전체/NI분말의 변천

 

생산프로세스기술

 

1966년에 일본에서 처음으로 양산된 MLCC는 9.5mm× 6.3mm였다. 초기 MLCC생산이 모두 수작업이었으며, 일정크기의 시트에 전극을 인쇄해서 적층을 하고 있었다. 그 뒤 수요의 증대와 고성능화와 소형화에 대응하면서 자동화, 고속화, 대형화로 진화했다. 시트 성형에 대해서는 닥터 블레이드 성형기에서 여러가지 변천을 거쳐서, 근래에는 다이코타가 주류를 이루고 있다. 또 그 사이즈는 50mm정도에서 300mm이상으로 40배 이상 커졌다. 또 그 공법은 스크린 인쇄 등의 간헐 동작에서 그라비아 인쇄 등의 연속 동작으로 이행되고, 그 속도는 20배 이상으로 고속화되었다(그림 8). 결과 생산성은 1000배 이상을 달성하고 1970년 초 전세계 수백만개/월 생산 능력이 2017년 현재 2000억개/월을 넘는 규모다.

 

그림6 프로세스기술의 변천

또 소형화를 위한 외부 전극 도포 20과 도금 과정 21에서 독자 기술이 개발됐다. 크기 변화로, 현재는 파워 일렉트로닉스용 32mm× 40mm등 큰 것에서 세계 최소 0.25mm× 0.125mm까지 실용화된 22. 그 동안 유전체 깊이는 200μm 이상에서 현재는 0.5μm 이하로, 축적량은 무려 1000층을 넘는 기술로 진화했다.

 

 

 

http://koueki.jiii.or.jp/innovation100/innovation_detail.php?eid=00047&age=high-growth&page=kaihatsu 

戦後日本のイノベーション100選　高度経済成長期　積層セラミックコンデンサ