(MLCC)Ni전극 적층세라믹콘덴서 X5R특성시리즈

伊藤考喜：ＴＤＫ-ＭＣＣ 

전파신문 2004년 1월24일

 

 

◆ 서론
고도 정보화 사회, 멀티 미디어 화가 급속히 진전하면서 전자 기기의 휴대화, 퍼스널화가 진행되어,  컴퓨터 및 휴대 전화 등 전자 기기가 급속히 보급되고 있다. 이들 전자 기기는 더 고성능화, 소형화가 진행되어, 가격 경쟁도 뜨겁다.  이런 상황에서 전자 회로를 구성하는 수동 부품에 더 저렴한, 소형 고성능 제품이 요구되고 있다.

이들의 요구에 부응하기 위한 적층 세라믹 콘덴서의 내부 전극은 기존 제품의 내부 전극으로 사용됐던 Pd(팔라듐)등의 비싼 귀금속부터 Ni(니켈)등의 비금속에 대체하여, 대폭적인 저가화를 실현했다.  또 소자 형상의 소형화, 고 정전용량화를 위해 유전체 층의 박층화와 수백층에 달하는 다층 적층 제품이 실용화되고 있다.

이번에 TDK가 개발한 적층 세라믹 콘덴서 X5R특성(― 55'C~85'C용량 변화율:±15%이내)시리즈(대표 이름 C4532X5R0J107M/100μ F)은 종래부터 양산화된 C5750X5R0J107M(100μ F)로 쓰는 티타늄산 바륨계 재료의 파인화, 고정밀 분산화로 신뢰성을 향상시키고 유전체 재료의 박층화 기술, 내부 전극 재료의 박막화 기술, 고정밀도 적층 기술을 구사하며 제품화, 양산화를 실현했다. 수백층에 달하는 유전체와 내부 전극의 조합은 적층체를 구조 결함이 없도록 소결체로 형성하기 위해서, TDK의 독자적인 탈 바인더 기술, 소성 기술로 실현하고 있다.

현행 제품의 C5750X5R0J107M은 현재 양산되고 있지만 소자 형상이 크기 때문에, 코스트가 비싸고,  고객처에서의 취급이 어렵다는 문제가 있어  피하는 경향이 있었다.  이번에 C4532X5R0J107M을 개발함으로써 취급 상의 문제를 거의 해결되고  비용적으로도 소자의 소형화에 의한 가격 경쟁력이 높아졌다.   본 제품은 주로 저 ESR, 저 ESL이 요구되는 서버 컴퓨터 등의 전원부의 평활용 콘덴서, 디커플링용 콘덴서로 DC/DC컨버터의 출력 측의 콘덴서로 사용으로 실용화가 기대된다. 

적층 세라믹 콘덴서의 특징인 저 ESR화(약 2mΩ), 고 리플 대응, 이어 100μ F라는 높은 정전 용량화에 따라,  ESR이 높은 탄탈 전해 콘덴서, 알루미늄 전해 콘덴서, 기능성 고분자 콘덴서 등의 치환이, 기능을 향상시킨 형태로 가능하게 되었다.
한편 전자 기기에서는 환경 문제상 구성 부품의 무연 화가 추진되고 있으나 이번에 개발된 C4532X5R0J107M을 비롯한 TDK의 적층 세라믹 콘덴서 X5R특성 시리즈는 모두 완전한 무연 제품인 것도 큰 특징 중 하나이다.

적층세라믹 칩콘덴서 비금속X5R특성 시리즈

◆ 제품의 특징

◇ 제품의 구조(C4532X5R0J107M)

적층 세라믹 콘덴서 C4532X5R0J107M의 내부 구조 사진을 그림 1에 나타낸다. 구조적으로는 한 층당  유전체 두께가 3.0μm으로 587층이다. 유전체에는 티타늄산 바륨계 재료, 내부 전극 재료에는 비금속의 니켈을 이용하고 있다.  본 제품은 기존 제품인 C5750형상 X5R특성 100μ F를 재료의 파인화, 고정밀 분산화로 신뢰성을 향상시키고 유전체 층의 박층화 기술, 내부 전극의 박막화 기술, 고정밀도 적층 기술을 구사하여 C4532형상 X5R특성 100μ F의 제품화를 실현했다. 또 무결함 구조를 얻기 위해서 TDK의 독자적인 탈 바인더 기술, 소성 기술에 의해서 달성했다.

 이번에 개발한 C4532X5R0J107M을 비롯한 X5R특성 시리즈 제품은 내부 전극 재료의 비금속화는 당연하고, 소자 형상을 체적 대비로 약 50%소형화한 것으로, 대폭적인 원가 개선을 달성했다. 또, 본 제품은 납을 일절 포함하지 않는 『 친환경 』 전자 부품인 것도 큰 특징 중 하나이다.

◇ 전기적 특성

  : 정전 용량-온도 특성
X5R특성 제품은 현존하는 F특성 제품보다 환경 온도 변화에 의한 정전 용량 저하가 작고 안정된 특성을 발휘하는 것이 특징이다(그림 2참조). F특성 제품은 공칭 용량 값의 약 70% 떨어지는 반면, X5R특성 제품은-55℃~85℃라는 넓은 온도 범위에서 용량 변화율이 ±15%이내로 안정하다.

그것으로 F특성 제품에서 X5R특성 제품에의 이행, 또 콘덴서의 사용 개수의 삭감, 소형화, 고 신뢰화, 자원 절약화 (비용)등의 요구에 응하는 것이 가능하였다

 : 임피던스, ESR(등가 직렬 저항)-주파수 특성
임피던스-주파수 특성을 그림 3에 ESR-주파수 특성을 그림 4에 나타낸다. 적층 세라믹 콘덴서에서는 내부 전극 재료로 사용되어 온 팔라듐을 저항이 작은 니켈로 바꾸고  소형화, 다층화로 ESR(등가 직렬 저항)저감화가 도모되어 왔다. 그래서 X5R특성 제품은 저 ESR형 탄탈 전해 콘덴서에 비해 ESR이 약 한 자릿수로 낮고 고주파 대역에서의 윤활 성능에 뛰어나다.

 : 리플 전류에 의한 자기 발열 특성
  그림 5에 리플 전류에 대한 콘덴서의 자기 발열 특성을 하다.  X5R특성 제품은 탄탈 전해 콘덴서에 비해서 니켈 내부 전극의 사용에 의한 고주파 대역의 ESR이 낮아 리플 전류에 의한 자기 발열을 많이 줄인다. 그래서 리플 전류에 대한 신뢰성이 높은 스위칭 전원부의 평활용 콘덴서에 적합하다.자기 가열 온도 상승이 20℃에서 비교하면 저 ESR형 탄탈 전해 콘덴서가 약 1.4Arms인 반면 본 개발 C4532X5RJ107M에서는 약 3.6Arms라고 하는 약 2.5배의 허용 전류이다.

◆ 향후 전개
Ni전극 적층 세라믹 콘덴서 X5R특성 시리즈를 표 1에 나타내었다.  본 제품을 가능한 기술의 전개로 C3225형상에서 47μ F등의 제품화도 동시에 가능하며, 100μ F와 마찬가지로 전자 기기를 중심으로 소형화, 고효율화, 비용 절감에 기여한다.
TDK에서는, 향후도 니켈 전극 제품의 새로운 고용량 제품 개발에 적극 대응하여 적층 세라믹 콘덴서의 비금속화를 추진할 것이다

 

출처: http://www.dempa.co.jp/productnews/trend/h020124_1/h0124_1.html