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MLCC의 박층화와 신제품 개발까지의 궤적

# 개발 비화

고신뢰성 MLCC의 박층화에 있어서의 재료 프로세스와 신제품 개발까지의 궤적을 소개합니다.

개요

전자기기의 소형화, 고기능화에 따라 적층 세라믹 칩 콘덴서(MLCC)는 소형화 및 박층화가 진행되고 있으며, 가혹한 조건 하에서도 동작 가능한 고신뢰성 MLCC의 개발이 필요합니다. 그러나 박층화에는 과제가 있으며, 다양한 기술의 진화가 필요했습니다.

특집 페이지

【고신뢰성 MLCC의 개발】 열화 부위를 시각화한 평가·분석 기술

박층화에 따른 재료 프로세스의 과제

종래 기술의 연장선상에서는 유전체를 박층화함으로써 내부 전극의 연속성이 악화되었습니다.
내부 전극의 요철, 유전체층의 조대 입자, 불순물, 결함 등이 박층화가 진행될수록 큰 결함이 되어 숏(합선)의 증가, 내전압의 저하, 신뢰성의 저하를 초래했기 때문입니다. 또한, 박층화됨에 따라 1층당 입자 수가 감소하기 때문에 신뢰성 저하를 유발할 것으로 추정되었습니다^※1.

　※1: 층당 입자 수가 신뢰성 향상에 기여하는 원리에 대한 자세한 내용은 【고신뢰성 MLCC의 개발】 열화 부분을 가시화한 평가 해석 기술 을 참고해 주세요.

이에 따라 박층화(두께를 얇게 하는 것)를 위한 새로운 재료 프로세스의 구축이 중요해졌습니다.

박층화에 따른 재료 프로세스의 과제

박층화 기술의 진화

더욱 철저한 박층화를 실현하기 위해서는 유전체, 내부 전극, 소성(굽기)의 각 요소 기술의 진화, 그리고 각각의 신요소 기술을 조합하는 기술의 진화가 필요했습니다.
박층화 기술의 일례로 내부 전극에 대한 개선 노력을 소개합니다.

베어 칩 SEM을 2치화하여 내부 전극층 및 유전체층의 두께와 편차를 모두 정량화했습니다. 그리고 Ni 입자의 소경화(미세화), 입도 분포, 공재(共材) 사이즈, 제판 판동의 디자인, 페이스트 레올로지를 개선함으로써 내부 전극의 막 두께 편차가 개선되었습니다(그래프 빨간색 테두리).

이처럼 박층화 기술에는 편차/국소 결함에 대한 설계가 특히 불가결합니다(필수적입니다).

박층화 기술을 이용한 내부 전극의 연속성 결과

내부 전극의 개선과 유전체, 소성의 박층화 기술을 조합함으로써, 동일 두께 대비 약 10% 개선 / 80%대에서 90%대로의 피복(커버율) 개선이 나타났습니다. (EIA 0201 사이즈, 고적층 품목).

또한, 왼쪽 그림에 나타난 바와 같이 내부 전극 두께 0.45μm에서도 피복 90% 이상의 양호한 연속성을 유지하고 있으며, 유전체의 박층화/내부 전극의 고피복화·박층화를 달성할 수 있었습니다.

다만, 유전체에 비해 내부 전극이 아직 더 두껍기 때문에 내부 전극은 더욱 박층화할 수 있을 것으로 생각됩니다. 앞으로도 더욱 철저한 박층 기술 구축을 추진해 나가겠습니다.

신제품 개발과 세계 최초의 발표

이처럼 재료 프로세스 및 평가·분석 기술을 진화시킨 것이 EIA 0201 사이즈에서 업계 최고 용량 클래스※2의 정전 용량 값 10μF 제품 개발로 이어져, 세계 최초의 발표가 되었습니다.

※2: EIA 0201형 MLCC 기준. 2023년 3월 현재. 교세라 조사

온도 특성	X5R 특성(EIA)
사용 온도 범위	-55℃ to +85℃
온도 계수	±15%
정전 용량 값	10μF
정전 용량 허용차	K(±10%)、M(±20%)
유전 정접	10% MAX.
IR	50MΩ・μF MIN.
정격 전압	4.0Vdc

데이터는 모두 교세라 조사

특집 페이지

EIA 0201형으로 업계 최고 용량 등급^※2 정전 용량 값 10μF제품 소개

MLCC 사이즈 트렌드

시장에서는 시대에 따라 소형화 및 고용량화 요구가 높아지고 있습니다.
사회 전반의 MLCC 개발 현황에서도 EIA 0805 10μF가 2001년, EIA 0603 10μF가 2004년에 개발된 후, EIA 0402 10μF가 2008년에 개발될 때까지 4년의 세월이 흘렀습니다(교세라 조사). 그리고 2023년에 교세라가 개발한 EIA 0201 10μF는 15년 만의 다운사이징(소형화)이 되었습니다.

시장 요구인 소형화 및 고용량화 트렌드에 맞춰 교세라는 MLCC 개발을 앞으로도 계속해 나가겠습니다.