(2021)TDK의 테크놀로지 Vol 4. MLCC와 미세구조 제어

https://www.tdk.com/ja/tech-mag/core-technologies/04

Vol.4 積層セラミックチップコンデンサ(MLCC) と「微細構造制御技術」

2021.3.24

 

 

MLCC 프로세스

 

MLCC의 제조에는 사용되는 유전체 세라믹 재료 조성과 함께 소성 공정에서의 고도의 '미세 구조 제어 기술'이 요구됩니다.

 

MLCC의 구조

 

MLCC의 기본구조와 정전용량 구현

 

 

MLCC의 개발 역사

 

 

콘덴서용 유전체와 비유전율

 

 

BaTiO3의 온도 특성 개량

   -shifter 또는 depressor 원소를 첨가한다

 

 

MLCC(고유전율계)의 제조공정

 

  - 파우더 조합(formulation)

  - 미세구조 제어를 위한 가소 소성기술

MLCC의 대용량화 소형화를 가져온 미세구조 제어기술

 

MLCC에 이용되는 티타늄산 바륨계 유전체 세라믹 재료는 화학합성된 고순도의 산화티타늄, 탄산바륨 및 미량첨가물 분말을 혼합하여 원료로 합니다. 시트 형성되는 MLCC의 유전체층은 돌담 위에 쌓인 여러 유전 세라믹 입자로 구성됩니다.유전체층을 박층화하려면 유전체 세라믹 입자가 미세하고 균일(입도 분포가 양호)해야 합니다.

또, MLCC를 구성하는 티타늄산 바륨계 유전체 세라믹 입자는, 고유전율의 결정으로 이루어진 코어부와, 그것을 둘러싸는 비교적 유전율이 낮은 쉘부의 2상 구조로 되어 있습니다.이것을 코어 셸 구조라고 합니다.첨가물은 쉘부에 편석(성분이 불균일하게 편재하는 것)하여 특성에 영향을 주는 것으로 알려져 있으며 소성조건이나 미량첨가물의 배합 최적화 등으로 특성을 개선할 수 있습니다.예를 들어, 디스프로슘(Dy)이나 포르뮴(Ho)등의 희토류 원소를 첨가물로서 덧붙여 쉘부에 고용시킴으로써 유전율의 온도 의존성(온도 상승과 함께 유전율이 저하되는 것)을 작게 하거나 수명을 연장할 수 있습니다.이와 같이 MLCC의 박층화·대용량화에는 코어 쉘 구조를 포함한 고도의 미세 구조 제어 기술이 요구됩니다.

 

1um이하의 박층화, 1000층이상의 다층화 실현

 

 

MLCC의 소형·대용량화에는 유전체 세라믹 입자가 미세하고 입도 분포가 양호한 것이 필수 조건이지만 미세할수록 좋은 것은 아닙니다.유전율은 입경 100nm 전후를 피크로 하여 그보다 미세화하면 저하되기 때문입니다.이것은 「사이즈 효과」라고 불립니다.

이 문제를 돌파하기 위해 50nm 이하 나노입자에서도 높은 유전율을 갖는 신소재 연구개발이 진행되고 있습니다.또한 0201 사이즈(0.2×0.1mm)보다 작은 MLCC 양산 기술도 확립되어 있지만, 너무 작아지면 마운터(자동 실장기)에 의한 프린트 기판에의 실장이 어려워집니다.이에 따라 다수의 칩 부품을 2차원 배열하는 기존 표면실장기술(SMT)과 함께 MLCC나 인덕터, IC 등을 3차원적으로 집적해 소형화를 도모하는 모듈화 기술 고도화도 추진되고 있습니다.

게다가 최근 수요가 증가하고 있는 차량 탑재 용도의 MLCC에 있어서는, 소형화의 요구보다도 혹한으로부터 작열까지 넓은 사용 온도 범위에서, 보다 안정된 특성을 가지는 고신뢰성의 제품이 요구되고 있습니다.