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KR100930184B1 - 유전체 조성물 및 이를 이용한 적층 세라믹 커패시터내장형 저온동시소성 세라믹 기판 - Google Patents

유전체 조성물 및 이를 이용한 적층 세라믹 커패시터내장형 저온동시소성 세라믹 기판 Download PDF

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KR100930184B1
KR100930184B1 KR1020070122993A KR20070122993A KR100930184B1 KR 100930184 B1 KR100930184 B1 KR 100930184B1 KR 1020070122993 A KR1020070122993 A KR 1020070122993A KR 20070122993 A KR20070122993 A KR 20070122993A KR 100930184 B1 KR100930184 B1 KR 100930184B1
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조범준
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Abstract

고유전율을 나타내면서 저온소결이 가능한 유전체 조성물 및 이를 이용한 적층 세라믹 커패시터 내장형 저온동시소성 세라믹 기판이 제안된다. 본 발명에 따른 유전체 조성물은, 주성분으로서, 80 wt% 이상의 BaTiO3 및 부성분으로서, 20wt% 이하의 CuBi2O4 및 ZnO-B2O3-SiO2계 글래스를 포함한다.
유전체, 저온소성, 글래스

Description

유전체 조성물 및 이를 이용한 적층 세라믹 커패시터 내장형 저온동시소성 세라믹 기판{Dielectric composition and multi layer capacitor embedded low temperature co-fired ceramic substrate using the same}
본 발명은 유전체 조성물 및 이를 이용한 적층 세라믹 커패시터 내장형 저온동시소성 세라믹 기판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고유전율을 나타내면서 저온소결이 가능한 유전체 조성물 및 이를 이용한 적층 세라믹 커패시터 내장형 저온동시소성 세라믹 기판에 관한 것이다.
최근 각종 전자 제품의 소형화 및 고주파수화 추세에 따라, 표면실장소자(surface mount device) 칩 형태의 소자를 기판 표면에 실장하는 것이 아니라 회로패턴이 인쇄된 기판 내부에 내장(embedding)시켜 전체 제품의 부피를 줄이는 동시에 기판의 집적도를 높이는 기술이 주목받고 있다.
이와 같이 기판 위에 부품으로 존재하던 칩 형태의 소자를 층(layer) 형태(예를 들면, 커패시터)로 제조하여 기판 내에 내장시키면 칩으로 인한 부피증가를 억제할 수 있다. 또한, 커패시터의 경우에는 칩형태의 커패시터보다 층형태의 커패시터가 고주파 특성(기생 인덕턴스가 작음)이 우수한 면이 있다. 따라서, 다양한 방법으로 칩을 기판 내에 내장시키려는 시도가 이루어지고 있다.
인쇄회로기판은 유전층 소재의 종류에 따라 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 고분자 유기소재를 유전층으로 사용하는 PCB(printed circuit board)는 널리 사용되고 있다. PCB에서 회로패턴을 형성하는 방법은 도금법이 사용된다. 이에 반해 세라믹 소재를 사용하는 기판은 회로패턴을 형성하는 방법이 주로 스크린 프린팅이며, 유전층과 전극을 동시에 소결하여 제조된다. 보통 소결공정은 800℃ 이상에서 수행된다.
두 가지 기판은 재료와 공정 면에서는 매우 다르지만, 실제 제품은 다층으로 적층된 적층체 사이에 회로패턴이 형성되어 있는 구조가 거의 유사하기 때문에 응용범위는 서로 겹치는 경우가 많다. 그러나 언급한 바와 같이 재료 및 공정의 기술 내용이 완전히 다르기 때문에 하나의 기술을 이용하여 두 가지 기판에 동시에 적용 될 수 있는 기술은 많지 않다.
이 중, 세라믹 기판에 커패시터를 내장하고자 하는 경우에는 세라믹과 글래스를 포함하는 세라믹 그린시트 사이에 커패시터용 유전체층을 형성하고 각각 내부전극을 형성하여 동시소결한다. 커패시터는 유전율 특성이 중요한데, 고유전율 및 환경적인 요인 때문에 종래에 사용하던 Pb 대신 티탄산 바륨(BaTiO3)을 유전체층에 사용되는 조성물의 주성분으로 사용할 수 있다. 그러나, BaTiO3의 경우, 저온 소성을 유도하는 소결 조제를 사용하지 않을 경우 1400도 이상에서 소결이 가능하고, 소결조제를 이용한다고 하여도 1000℃ 이하에서는 소결이 어렵다.
커패시터를 내장하는 세라믹 기판의 경우에는 유전율과 소결가능온도가 중요하다. 세라믹 기판의 경우, 세라믹 시트내에 전기 전도성이 좋은 Ag 또는 Cu와 같은 금속을 인쇄하여 전극을 형성하고 이를 소결하여 회로패턴이 형성된 기판을 완성한다. 따라서, 세라믹 기판의 소성온도는 적어도 Ag, Cu의 녹는점보다 낮아야 한다. 그러나, 커패시터를 내장하는 경우, 내장된 커패시터도 함께 소결되어야 하므로 그 소성온도는 적어도 Ag, Cu의 녹는점보다 낮아야하는데, 전술한 바와 같이 낮은 온도에서 소결하면 커패시터의 유전체는 소결이 미완성되고, 유전율이 낮아질 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 저온소성 후에도 고유전율을 나타낼 수 있는 적층 세라믹 커패시터를 내장하는 저온동시소성 세라믹 기판을 제조할 수있는 기술의 개발이 요청된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 고유전율을 나타내면서 저온소결이 가능한 유전체 조성물 및 이를 이용한 적층 세라믹 커패시터 내장형 저온동시소성 세라믹 기판을 제공하는데 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 주성분으로서, 80 wt% 이상의 BaTiO3; 및 부성분으로서, 20wt% 이하의 CuBi2O4 및 ZnO-B2O3-SiO2계 글래스를 포함하는 유전체 조성물이 제공된다.
여기서, CuBi2O4의 함량은, BaTiO3의 전체 중량을 기초로 하여 4wt% 내지 10wt%인 것이 바람직하다. 그리고, ZnO-B2O3-SiO2계 글래스의 함량은, BaTiO3의 전체 중량을 기초로 하여 1 wt% 내지 5wt%인 것이 바람직하다.
특히, CuBi2O4의 함량은, BaTiO3의 전체 중량을 기초로 하여 6wt%이고, ZnO-B2O3-SiO2계 글래스의 함량은, BaTiO3의 전체 중량을 기초로 하여 4wt%인 것이 바람직하다.
글래스 중, ZnO의 함량은 글래스의 전체 중량을 기초로 하여 50wt% 이상 90wt% 이하인 것이 바람직하다.
주성분인 BaTiO3의 입자의 평균입경은 가능한한 작은 것이 바람직한데, 500nm 이하일 수 있다.
유전체 조성물의 소결온도는 600℃ 내지 950℃인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 세라믹 시트 내부전극이 인쇄된 복수의 세라믹 그린시트가 적층된 세라믹 적층체 내부에, 복수의 유전체층, 유전체층 사이에 형성되고 세라믹 시트 내부전극과 전기적으로 연결된 복수의 커패시터 내부 전극을 포함하고, 유전체층은, 주성분으로서, BaTiO3 80 wt%; 및 부성분으로서, CuBi2O4 및 ZnO-B2O3-SiO2계 글래스를 20wt% 포함하는 유전체 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 커패시터를 내장하는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 커패시터 내장형 저온동시소성 세라믹 기판이 제공된다.
세라믹 시트 내부전극은 Ag 또는 Cu 중 어느 하나의 금속을 포함하는 것이 바람직하고, 적층 세라믹 커패시터 내장형 저온동시소성 세라믹 기판은 소성온도가 600℃ 내지 900℃인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 유전체 조성물은 1100℃ 이하에서 소결이 가능하면서도 고온절연저항이 특성이 양호할 뿐만 아니라 X5R 특성을 만족시킬 수 있는 유전체를 얻을 수 있다.
따라서, 이러한 유전체 조성물을 이용하여 적층 세라믹 커패시터를 제조하면, 비교적 저온에서 소성된 BaTiO3 유전체층이 균일하게 소결되고, 이에 따라 내부전극층 및 유전체층간의 소결수축 불일치를 감소시켜 내부전극의 뭉침을 억제시킬 수 있어 단락방생율을 최소화시키면서 동시에 정전용량을 최대화할 수 있는 효과가 있다.
이와 함께, 우수한 전기적 특성을 나타내면서 고온절연저항 특성이 크게 향상되어 X5R 특성을 만족할 수 있는 고신뢰성의 적층 세라믹 커패시터의 제조가 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것 이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 발명의 일실시형태에 따른 유전체 조성물은 주성분으로서, 80 wt% 이상의 BaTiO3; 및 부성분으로서, 20wt% 이하의 CuBi2O4 및 ZnO-B2O3-SiO2계 글래스를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 유전체 조성물의 유전율을 위하여 티탄산 바륨(BaTiO3)을 세라믹 충전재(filler)로서 사용할 수 있다. 전술한 바와 같이, 원하는 수준의 유전율을 나타내기 위하여 충전재로서 Pb를 사용하였다. 그러나, Pb의 환경에 대한 환경적인 요인 때문에 종래에 사용하던 Pb 대신 티탄산 바륨(BaTiO3)을 유전체층에 사용되는 조성물의 주성분인 세라믹 충전재로 사용한다.
충전재의 입경은 유전율 및 저온소결성에 영향을 미친다. 충전재의 입경은 작을수록 소결이 용이하고 입경이 크면 소결이 어렵다. 따라서, 주성분인 BaTiO3의 평균입경은 500nm이하인 것이 바람직하다.
다만, BaTiO3의 경우, 저온 소성을 유도하는 소결 조제를 사용하지 않을 경우 1400도 이상에서 소결이 가능하고, 소결조제를 이용한다고 하여도 1000℃ 이하 에서는 소결이 어렵기 때문에 본 발명의 일실시예에 따라, CuBi2O4 및 ZnO-B2O3-SiO2계 글래스를 더 포함하여 유전체 조성물을 제조한다.
유전체 조성물에서 충전재의 함량 증가는 유전율을 높일 수 있는 한 방법이 된다. 그러나, 충전재가 높은 함량으로 포함되면 저온 소결이 어려운 문제점이 있다. 따라서, BaTiO3이외에 소결온도는 낮추는 성분을 포함시켜야 한다.
본 발명의 일실시예에서, 주성분인 BaTiO3이외에 부성분으로서, CuBi2O4 및 ZnO-B2O3-SiO2가 사용된다. CuBi2O4는 소결온도를 800℃ 내지 900℃ 이하로 낮추는 역할을 한다. CuBi2O4는 CuO 및 Bi2O3의 혼합하여 형성한 결정질의 세라믹 화합물이다.
CuBi2O4의 함량은, BaTiO3의 전체 중량을 기초로 하여 4wt% 내지 10wt%인 것이 바람직하다. CuBi2O4의 함량이 너무 낮으면 전체 유전체 조성물의 소결온도에 영향이 미미하고, 너무 높으면 유전률이 낮아질 수 있다.
CuBi2O4 이외에, 부성분으로서, ZnO-B2O3-SiO2계 글래스가 첨가된다. ZnO-B2O3- SiO2계 글래스는 유전체 조성물의 소결온도를 낮추는 역할을 뿐만 아니라 유전손실을 낮춘다. 글래스 중, ZnO의 함량은 글래스의 전체 중량을 기초로 하여 50wt% 이상 90wt% 이하인 것이 바람직하다.
ZnO-B2O3-SiO2계 글래스의 함량은 CuBi2O4과 마찬가지로 너무 낮으면 전체 유전체 조성물의 소결온도 저하 및 유전손실 저하에 미치는 영향이 미미하고, 너무 높으면 유전률이 낮아질 수 있는 점을 고려하여 선택할 수 있다. 따라서, ZnO-B2O3-SiO2계 글래스의 함량은 BaTiO3의 전체 중량을 기초로 하여 1 wt% 내지 5wt%인 것이 바람직하다.
이 중에서, 소결온도를 950℃ 이하로 낮추면서 유전손실을 최대한 낮추기 위하여 CuBi2O4의 함량은, BaTiO3의 전체 중량을 기초로 하여 6wt%이고, ZnO-B2O3-SiO2계 글래스의 함량은, BaTiO3의 전체 중량을 기초로 하여 4wt%인 것이 바람직하다.
주성분인 세라믹 충전재로서 BaTiO3 및 부성분인 CuBi2O4와 ZnO-B2O3-SiO2계 글래스를 포함하는 유전체 조성물은 BaTiO3를 주성분으로서 사용하였음에도 불구하고, 그 소결온도는 600℃ 내지 950℃로 나타날 수 있다. 이 온도에서도 본 발명에 따른 유전체 조성물은 소결이 가능하고, 소결로 인하여 유전체 조성물은 비교적 고 유전률을 나타낸다.
본 발명에 따른 유전체 조성물을 제조하기 위하여 주성분인 BaTiO3 및 CuBi2O4와 ZnO-B2O3-SiO2계 글래스를 소정 함량으로 칭량하고, 적절한 첨가제 및 용매를 이용하여 슬러리 형태로 제조하여 사용할 수 있다. 유전체 슬러리는 유전체 시트로서 그 형태가 형성되어 적층된다. 이러한 유전체 조성물은 이하 설명할 저온동시소성 세라믹 기판내에 적층 세라믹 커패시터로서 내장된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 세라믹 시트 내부전극이 인쇄된 복수의 세라믹 그린시트가 적층된 세라믹 적층체 내부에, 복수의 유전체층, 유전체층 사이에 형성되고 세라믹 시트 내부전극과 전기적으로 연결된 복수의 커패시터 내부 전극을 포함하고, 유전체층은, 주성분으로서, BaTiO3 80 wt%; 및 부성분으로서, CuBi2O4 및 ZnO-B2O3-SiO2계 글래스를 20wt% 포함하는 유전체 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 커패시터를 내장하는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 커패시터 내장형 저온동시소성 세라믹 기판이 제공된다.
도 1는 본 발명의 일 실시형태에 따른 적층 세라믹 커패시터(MLCC) 내장형 저온동시소성 세라믹(LTCC) 기판(100)의 단면도이다. 이하, 도 1을 참조하여 설명하되, 유전체 조성물은 전술한 설명과 동일하므로 그 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 MLCC 내장형 LTCC기판(100)은 세라믹 시트 내부전극(121, 122)이 인쇄된 복수의 세라믹 그린시트(111, 112, 113, 114)가 적층된 세라믹 적층체(110) 내부에, 적층 세라믹 커패시터(130)를 내장하고 있다.
세라믹 시트 내부전극(121, 122)은 세라믹 그린시트(111, 112, 113, 114) 간의 전기적 연결, 세라믹 그린시트 및 적층 세라믹 커패시터(130)의 전기적 연결과 함께 MLCC 내장형 LTCC기판(100)과 외부전원을 연결하기 위한 전극이다. 다만, MLCC 내장형 LTCC기판(100)은 세라믹 시트 내부전극 중 외부표면에 노출된 영역(121)을 외부전극(미도시)을 형성하여 외부전원과 연결될 수 있다.
도 1을 참조하면, 세라믹 시트 내부전극(121, 122)은 비아형태의 전극(121) 및 패드 형태의 전극(122)을 포함한다. 또한, MLCC 내장형 LTCC기판(100)은 적층 세라믹 커패시터(130)의 커패시터 내부전극(141, 142, 143, 144, 145)을 패드형태의 세라믹 시트 내부전극(122)과 연결하기 위한 커패시터 외부연결전극(151, 152)를 포함한다.
이러한 세라믹 시트 내부전극(121, 122) 및 커패시터 외부연결전극(151, 152)은 Ag 또는 Cu 중 어느 하나의 금속을 포함하는 것이 바람직하다. Ag 또는 Cu는 금속 중 전기전도성 측면에서 가장 우수한 성능을 나타내는 금속으로서, 본 발명에 따른 저온소성세라믹 기판에서와 같이 600℃ 내지 900℃에서 소결되는 경우 우수한 전기전도성을 나타내면서도 저온소성시 불리한 영향을 받지 않아 바람직할 금속전극으로서 사용될 수 있다.
세라믹 그린시트(111, 112, 113, 114)는 세라믹 충전재 및 글래스 성분을 포함한다. 세라믹 그린시트(111, 112, 113, 114)에 사용될 수 있는 세라믹 충전재는 저온소성을 고려하여 저온에서 소결될 수 있는 충전재인 것이 바람직하나, 그렇지 않은 경우에도 글래스 성분의 소결로 인한 점성 유동으로 인하여 치밀화가 가능하다. 세라믹 충전재로는 알루미나 또는 티타니아를 사용할 수 있고, 글래스는 B2O3, SiO2, Al2O3, 및 CaO를 포함하는 글래스를 사용할 수 있다.
세라믹 그린시트(111, 112, 113, 114)는 용매에 세라믹 충전재, 글래스 및 이를 결합시키기 위한 결합제를 혼합하여 시트형태로 성형한다. 세라믹 시트(111, 112, 113, 114)에는 이러한 성분 이외에도 물성향상을 위한 분산제 등의 첨가제가 첨가될 수 있다.
적층 세라믹 커패시터(130)은 복수의 유전체층(131, 132, 133, 134, 135, 136)과 각 유전체층(131, 132, 133, 134, 135, 136)의 사이에 형성되고 세라믹 시트 내부전극(121, 122)패턴과 전기적으로 연결된 복수의 커패시터 내부 전극(141, 142, 143, 144, 145)을 포함한다.
유전체층(131, 132, 133, 134, 135, 136)은, 주성분으로서 BaTiO3 80 wt%를,부성분으로서, CuBi2O4 및 ZnO-B2O3-SiO2계 글래스를 20wt% 포함하는 유전체 조성물을 포함할 수 있다. 그에 따라 주성분인 BaTiO3가 고온에서 소결되는 특성을 억제하여 저온소결이 가능하게 하면서도 고유전율을 나타내는 MLCC 내장형 LTCC기판(100)을 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 MLCC 내장형 LTCC기판(100)은 통상의 저온동시소성 세라믹 기판과 같이 소성온도가 600℃ 내지 900℃일 수 있다.
커패시터 내부전극(141, 142, 143, 144, 145)은 전기전도성이 높은 금속을 포함할 수 있는데, 예를 들면, Ag, Cu, 또는 Ni 중 어느 하나의 금속을 포함할 수 있다.
<실시예>
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예에서는 본 발명의 실시형태에 따라 유전체 조성물의 소결온도, 유전율 및 유전손실(Df)을 측정하였다.
먼저, 비교예1 내지 5는 CuBi2O4 또는 ZnO-B2O3-SiO2 중 어느 하나의 부성분만이 첨가된 유전체 조성물을 이용하여 소결온도, 유전율 및 유전손실(Df)을 측정하였다. 그 결과는 표 1에 나타나 있다. 각 비교예에 따른 유전체 조성물에 대하여 는 2회 측정하였다.
CuBi2O4 (함량) ZnO-B2O3-SiO2 (각성분비 BaTiO3크기 (nm) 소결온도(℃) (시간) 선수축률(%) 유전율 Df (%)
비교예1 CuBi2O4 6wt% 없음 150 975 26.7 2617 7.50
150 925 28.4 1205 9.50
비교예2 CuBi2O4 6wt% 없음 50 870 (4시간) 13.8 506 275.00
50 13.8 226 6.80
비교예3 CuBi2O4 6wt% 없음 50 910 (4시간) 19.1 1066 90.00
50 19.1 471 5.90
비교예4 CuBi2O4 10wt% 없음 150 890 13.8 1294 63.60
150 13.8 732 5.90
비교예5 CuBi2O4 10wt% 없음 150 925 23.8 1914 16.70
150 23.8 1303 8.50
비교예6 없음 ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 5wt% 150 890 10.9 314 0.77
150 10.9 291 1.00
비교예7 없음 ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 5wt% 150 925 17.5 604 0.83
150 17.5 550 0.96
비교예8 없음 ZnO-B2O3-SiO2 (6:2:2) 6wt% 150 870 (4시간) 17.3 356 65.70
150 17.3 178 1.70
비교예9 없음 ZnO-B2O3-SiO2 (6:2:2) 6wt% 150 890 (4시간) 18.3 413 52.60
150 18.3 260 2.00
비교예10 없음 ZnO-B2O3-SiO2 (6:2:2) 6wt% 150 910 (4시간) 20.2 395 29.00
150 20.2 308 1.30
실시예 1내지 실시예 32는 CuBi2O4 또는 ZnO-B2O3-SiO2을 함께 사용하여 유전체 조성물을 제조하고, 소결온도, 유전율 및 유전손실(Df)을 측정하였다. 그 결과는 표 2에 나타나 있다. 각 실시예에 따른 유전체 조성물에 대하여는 2회 측정하였다.
실시예 CuBi2O4 (함량) ZnO-B2O3-SiO2 (각성분비율) (함량) BaTiO3크기 (nm) 소결온도 (℃) (시간) 선수축률(%) 유전율 Df(%)
실시예 1 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 0.5wt% 150 900 (4시간) 16.6 1051 14.60
150 16.6 906 4.60
실시예 2 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 1wt% 150 900 (4시간) 24.2 1346 3.40
150 24.2 1167 5.40
실시예 3 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 2wt% 150 900 (4시간) 24.2 714 3.10
150 24.2 631 3.50
실시예 4 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 2wt% 150 890 21.1 1427 2.90
150 21.1 954 5.10
실시예 5 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 2wt% 150 925 25.0 1523 2.80
150 25.0 1309 5.40
실시예 6 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 4wt% 150 890 23.8 1112 8.00
150 23.8 951 2.90
실시예 7 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 4wt% 150 925 25.0 609 1.80
150 25.0 558 2.85
실시예 8 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 6wt% 150 890 19.2 1106 21.30
150 19.2 897 2.50
실시예 9 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 6wt% 150 925 24.9 889 11.00
150 24.9 702 4.00
실시예 10 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 8wt% 150 890 22.1 854 15.50
150 22.1 690 2.50
실시예 11 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 8wt% 150 900 24.2 514 3.00
150 24.2 466 2.60
실시예 12 (CuBi2O4+Bi2O3 1:1) 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 4wt% 150 890 15.1 576 9.10
150 15.1 517 1.90
실시예 13 (CuBi2O4+Bi2O3 1:1) 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 4wt% 150 900 19.2 894 7.10
150 19.2 793 2.60
실시예 14 (CuBi2O4+Bi2O3 1:1) 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 6wt% 150 890 18.1 734 15.20
150 18.1 629 1.90
실시예 15 (CuBi2O4+Bi2O3 1:1) 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 6wt% 150 900 21.2 813 10.40
150 21.2 707 2.50
실시예 16 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 2wt% 50 870 (4시간) 22.9 954 35.00
50 22.9 564 5.10
실시예 17 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 2wt% 50 890 (4시간) 23.3 844 22.00
50 23.3 583 4.70
실시예 18 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 2wt% 50 910 (4시간) 24.7 718 7.80
50 24.7 579 4.50
실시예 19 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 4wt% 50 870 (4시간) 21.4 545 14.00
50 21.4 425 4.00
실시예 20 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 4wt% 50 890 (4시간) 22.8 513 7.60
50 22.8 426 4.00
실시예 21 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 4wt% 50 910 (4시간) 24.1 532 8.00
50 24.1 439 4.00
실시예 22 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 6wt% 50 890 (4시간) 17.7 853 137.00
50 17.7 363 6.30
실시예 23 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (6:2:2) 2wt% 150 870 (4시간) 20.8 1091 80.00
150 20.8 487 5.70
실시예 24 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (6:2:2) 2wt% 150 890 (4시간) 23.0 875 57.60
150 23.0 472 3.90
실시예 25 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (6:2:2) 2wt% 150 910 (4시간) 24.7 708 26.00
150 24.7 509 3.20
실시예 26 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (6:2:2) 4wt% 150 870 (4시간) 22.4 630 29.50
150 22.4 451 4.50
실시예 27 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (6:2:2) 4wt% 150 890 (4시간) 23.2 638 19.70
150 23.2 494 4.10
실시예 28 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (6:2:2) 4wt% 150 910 (4시간) 23.8 649 13.80
150 23.8 535 3.80
실시예 29 CuBi2O4 4wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 2wt% 100 890 22.3 792 3.80
100 22.3 682 4.60
실시예 30 CuBi2O4 4wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 2wt% 100 910 23.5 766 2.30
100 23.5 672 4.20
실시예 31 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 2wt% 100 890 22.6 748 4.80
100 22.6 623 4.30
실시예 32 CuBi2O4 6wt% ZnO-B2O3-SiO2 (7:2:1) 2wt% 100 910 23.5 684 3.70
100 23.5 580 4.20
표1을 참조하면, 비교예 1내지 비교예 5는 ZnO-B2O3-SiO2 첨가없이 CuBi2O4만을 첨가하여 유전체 조성물을 제조하였고, 비교예 6내지 비교예 10은 CuBi2O4 첨가없이 ZnO-B2O3-SiO2만을 첨가하여 유전체 조성물을 제조하였는데, 소결온도는 모두 950℃ 이하로 나타났다. 그러나, 비교예에서는 유전율이 500 이하로 낮은 값을 나타내거나 유전손실이 10% 이상을 초과하는 값을 나타내어 어느 하나의 첨가제만을 사용하는 경우 유전률에서 우수하지 않은 특성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
실시예 1내지 실시예 32는 CuBi2O4 및 ZnO-B2O3-SiO2를 함께 사용하였는데, 표 2에서 확인할 수 있듯, 소결온도는 950℃ 이하의 비교적 저온을 나타내었으며, 유전율은 500이상이면서 유전손실은 평균적으로 10%정도를 나타내었다. 그에 따라 첨가제를 함께 사용하는 경우, 유전체 조성물의 소결온도는 낮추면서 유전률은 높이고 유전손실은 낮출 수 있는 우수한 특성의 유전체 조성물을 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유전체 조성물의 소결 후의 SEM 사진이다. CuBi2O4는 6wt%, ZnO-B2O3-SiO2는 4wt%의 조성을 갖도록 BaTiO3 분말에 첨가하여 유전체 조성물을 제조하고, 925℃에서 소결한 미세구조가 나타나 있다. 입자 형태변화와 더불어 치밀화가 일어났음을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 발명에 따른 유전체 조성물을 사용한 결과 950℃ 이하의 저온에서 소결가능함을 확인할 수 있었다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에 의해 해석되어야 한다. 또한, 본 발명에 대하여 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 적층 세라믹 커패시터의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실싱예에 따른 유전체 조성물의 소결 후의 SEM 사진이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 MLCC 내장형 LTCC 기판
110 세라믹 적층체 111, 112, 113, 114 세라믹 그린 시트
121, 122 내부전극
130 적층 세라믹 커패시터 131, 132, 133, 134, 135, 136 유전체 시트
141, 142, 143, 144, 145 커패시터 내부전극
151, 152 커패시터 외부연결전극

Claims (12)

  1. 80 wt% 이상의 BaTiO3; 및
    20wt% 이하의 CuBi2O4의 결정질 화합물 및 ZnO-B2O3-SiO2계 글래스를 포함하는 유전체 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 CuBi2O4의 함량은, 상기 BaTiO3의 전체 중량을 기초로 하여 4wt% 내지 10wt%인 것을 특징으로 하는 유전체 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 ZnO-B2O3-SiO2계 글래스의 함량은, 상기 BaTiO3의 전체 중량을 기초로 하여 1 wt% 내지 5wt%인 것을 특징으로 하는 유전체 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 CuBi2O4의 함량은, 상기 BaTiO3의 전체 중량을 기초로 하여 6wt%이고,
    상기 ZnO-B2O3-SiO2계 글래스의 함량은, 상기 BaTiO3의 전체 중량을 기초로 하여 4wt%인 것을 특징으로 하는 유전체 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 ZnO의 함량은 상기 ZnO-B2O3-SiO2계 글래스의 전체 중량을 기초로 하여 50wt% 이상 90wt% 이하인 것을 특징으로 하는 유전체 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 BaTiO3의 입자의 평균입경은, 500nm 이하인 것을 특징으로 하는 유전체 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    소결온도는 600℃ 내지 950℃인 것을 특징으로 하는 유전체 조성물.
  8. 세라믹 시트 내부전극이 인쇄된 복수의 세라믹 그린시트가 적층된 세라믹 적층체 내부에,
    복수의 유전체층, 상기 유전체층 사이에 형성되고 상기 세라믹 시트 내부전극과 전기적으로 연결된 복수의 커패시터 내부 전극을 포함하고,
    상기 유전체층은 80wt% 이상의 BaTiO3; 및 20wt% 이하의 CuBi2O4의 결정질 화합물 및 ZnO-B2O3-SiO2계 글래스를 포함하는 유전체 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 커패시터를 내장하는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 커패시터 내장형 저온동시소성 세라믹 기판.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 CuBi2O4의 함량은, 상기 BaTiO3의 전체 중량을 기초로 하여 4wt% 내지 10wt%인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 커패시터 내장형 저온동시소성 세라믹 기판.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 ZnO-B2O3-SiO2계 글래스의 함량은, 상기 BaTiO3의 전체 중량을 기초로 하여 1 wt% 내지 5wt%인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 커패시터 내장형 저온동시소성 세라믹 기판.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 세라믹 시트 내부전극은, Ag 또는 Cu 중 어느 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 커패시터 내장형 저온동시소성 세라믹 기판.
  12. 제8항에 있어서,
    소성온도는 600℃ 내지 950℃인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 커패시터 내장형 저온동시소성 세라믹 기판.
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