(MLCC)Suppressive effect of Ni–Sn internal electrode atthe anode on the leakage current degradationof BaTiO3-based multilayer ceramic capacitors

Shoichiro Suzuki,a) Shinichi Yamaguchi, Akitaka Doi, Akihiro Shiota, Naoki Iwaji, Shunsuke Abe,
Makoto Matsuda, Tomoyuki Nakamura, and Harunobu Sano

Murata Manufacturing Co., Ltd., Nagaokakyo-shi, Kyoto 617-8555, Japan

 

 

1. 서론

 

고용량 다층 세라믹 커패시터(MLCC)는 연간 약 4조개의 커패시터를 사용하는 전자 부품으로 스마트폰부터 자동차까지 전자기기의 주요 패시브 부품 중 하나다. 최근 MLCC 기술은 환원 대기에서 Ni과 BaTiO3를 동시 소성하는 것이다.  최신 전자 장비의 소형화와 성능 향상을 위해 MLCC의 소형화와 용량 확대가 강조되었다. 현재 상용화된 최신 MLCC의 치수는 0.4mm 0.2mm, 정전 용량은 1uF이다. 그 결과 BaTiO3 층은 두께가 1lm 이하로 얇아졌다.  BaTiO3 층의 두께가 감소함에 따라 BaTiO3 층에 가해지는 전기장 강도가 증가하여 MLCC의 누설전류가 증가하였다.

MLCC의 누설 전류 열화의 원인은 잘 알려져 있습니다.  산소공공은 저산소분압하에서 소성된 유전층의 BaTiO3에서 생성되어 인가된 전기장 하에서 이동한다. 산소공공의 전기이동은 희토류 원소나 Mn 를 BaTiO3에 첨가하여 억제될 수 있다. 

최근에는 BaTiO3 대신 Cu나 Sn이 함께 도핑된 내부 Ni 전극을 사용하여 MLCC의 누설 전류 저하를 억제한 것으로 밝혀졌다. 그러나 Ni 내부 전극의 합금이 MLCC의 누출 전류 저하를 억제하는 메커니즘은 여러 연구에도 불구하고 명확하게 이해되지 않고있다.

이 연구에서 Ni와 Ni-Sn 내부 전극을 번갈아 적층하여 MLCC 테스트 칩을 제작하고 고온 및 고압에서 가속수명 시험(HALT)을 진행하였다. 양극에 Ni-Sn 내부 전극이 있는 MLCC는 음극에 Ni-Sn 내부 전극이 있는 MLCC보다 시간에 따른 누출 전류 저하를 휠씬 더 많이 억제했다. 이 결과로부터 MLCC의 누설 전류 열화 메커니즘을 확인하였다.

 

 

 

 

 

 

Appl. Phys. Lett. 118, 112904 (2021); doi: 10.1063/5.0044408