MLCC란 무엇인가? 구조와 제조원리를 먼저 이해하자
MLCC(Multi Layer Ceramic Capacitor)는 수백~수천 장의 세라믹 유전체와 내부전극을 교대로 적층하여 제작하는 대표적인 수동 전자부품입니다. 스마트폰, 자동차, AI 서버, 데이터센터, 산업기기 등 거의 모든 전자제품에 사용되며, 최근에는 고용량·초소형 제품의 수요가 빠르게 증가하고 있습니다.
분말 제조 → 슬러리 → 시트성형 → 소성 → 전극 → 검사의 재료공학 차원에서 분석함
1. MLCC란?
MLCC(Multi Layer Ceramic Capacitor)
수백~수천장의 세라믹층과 내부전극을 적층하여 만든 콘덴서
가. 구조.
외부전극//Ni 전극//BaTiO3//Ni 전극//BaTiO3//Ni 전극//BaTiO3//Ni 전극//BaTiO3//외부전극
나. 최근 제품 : 300층, 600층, 1,000층 이상까지 적층함
2. 사용되는 원료(Material)
MLCC는 거의 모두 세라믹공학임
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구분 |
재료 |
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주원료 |
BaTiO₃ (티탄산바륨) |
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첨가제 |
CaCO₃ |
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첨가제 |
MgO |
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첨가제 |
Y₂O₃ |
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첨가제 |
SiO₂ |
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첨가제 |
MnO |
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첨가제 |
ZrO₂ |
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첨가제 |
Rare Earth Oxide |
이들이 유전율과 수명을 결정합니다.
내부전극
예전 : Pd//Ag-Pd -> 현재 : Ni 니켈이 대부분입니다. 가격이 매우 저렴하기 때문입니다.
외부전극 : Ni // Cu // Sn 도금의 순으로 형성됨
유기재료
슬러리 제조용
- PVB Binder
- Acrylic Binder
- Ethanol
- Toluene
- MEK
- Plasticizer
- Dispersant 등이 사용됩니다.
3. 제조공정
BaTiO3 제조 - 분쇄(Ball Mill) ↓
슬러리 제조 ↓
Tape Casting↓ - 건조 ↓
Ni 전극 인쇄 ↓ - 적층(Lamination) ↓
압착 ↓- 절단 ↓- Binder 제거 ↓ - 소성(Firing) ↓
외부전극 형성 ↓ - 도금 ↓ - 전기특성 검사 ↓
포장
4. 공정별 설명
(1) BaTiO₃ 분말
평균입자 100~300nm 정도입니다.
최근에는 50nm 이하도 연구됩니다.
(2) Ball Milling
가. 목적
- 균일 혼합
- 응집 제거
- 입도 조절
나. 장비
Attrition Mill, Planetary Ball Mill, Bead Mill
(3) Slurry 혼합
BaTiO3 + Binder + Solvent + Plasticizer + Dispersant 점도가 매우 중요합니다.
(4) Tape Casting
(5) 전극 인쇄
Ni Paste를Screen
Printing합니다.
Paste 구성 : Ni Powder + Binder + Solvent
(6) 적층
수백장을 자동 적층합니다. 300층, 500층, 800층, 1000층
(7) 압착
Hot Press 또는 Isostatic
Press사용
(8) 절단
Diamond Cutter Laser 등을 사용합니다.
(9) Binder 제거
약300~400℃ 에서 유기물을 태웁니다.
(10) 소성(Firing)
가장 중요한 공정입니다.
1250~1350℃ 환원분위기 N2,
H2 에서 소성합니다.
Ni가 산화되면 불량이 됩니다.
(11) 외부전극
끝부분에 Ni Paste를 도포 →
소성 → Cu → Sn 도금
5. 검사
검사항목 : 용량(C), ESR, 절연저항, 파괴전압, 신뢰성, 수명시험, 온도특성, 외관검사
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공정 |
설비 |
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분말 |
Spray Dryer |
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분쇄 |
Ball Mill |
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혼합 |
Planet Mixer |
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Tape Casting |
Doctor Blade Machine |
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인쇄 |
Screen Printer |
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적층 |
Laminator |
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압착 |
Hot Press |
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절단 |
Dicing Saw |
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탈지 |
Debinding Furnace |
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소성 |
Continuous Kiln |
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도금 |
Plating Line |
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검사 |
LCR Meter, AOI, X-ray |
7. 삼성전기의 핵심기술
삼성전기가 가장 중요하게 관리하는 기술
- 초미세 BaTiO₃ 나노분말 제조기술
- 1㎛ 이하 초박막 그린시트(Tape Casting) 제조기술
- Ni 내부전극 페이스트 조성기술
- 수백~수천 층의 고정밀 적층기술
- 환원분위기
소성 및 결정립 제어기술
- AI 기반 자동 광학검사(AOI)와 품질관리 기술
이들 기술이 MLCC의 용량, 신뢰성, 수율, 생산원가를 결정하는 핵심 요소입니다.
8. 타기술과 연관성
플라즈마 제련, 폐태양전지 재활용, 발포소재 및 세라믹 소재 개발과도 접점
- BaTiO₃ 및 첨가제는 모두 세라믹 분말공학의 영역임
- 볼밀, 입도 제어, 슬러리 제조,
소성 공정은 세라믹·야금 공정과 매우 유사함.
- 폐태양전지에서
회수한 SiO₂를 세라믹 첨가제나 기능성 충전재로 활용하는 연구
- 도시광산에서
회수한 Ni, Cu, Ag를 전극 재료로 재활용하는 연구
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