MLCC(적층세라믹콘덴서) 제조공정 완벽 정리｜원료·소재·제조기술·삼성전기 경쟁력 분석
분말 제조 → 슬러리 → 시트성형 → 소성 → 전극 → 검사의 재료공학 차원에서 분석함
1. MLCC란?
MLCC(Multi Layer Ceramic Capacitor)
수백~수천장의 세라믹층과 내부전극을 적층하여 만든 콘덴서
구조.
외부전극
██████████
================
Ni 전극
BaTiO3
Ni 전극
BaTiO3
Ni 전극
BaTiO3
Ni 전극
BaTiO3
================
외부전극
██████████
최근 제품은
- 300층
- 600층
- 1,000층 이상까지 적층함
2. 사용되는 원료(Material)
MLCC는 거의 모두 세라믹공학임
|
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
Doctor Blade로 세라믹 시트를 만듭니다. 두께 : 1~5 μm (최근 0.5μm)
(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
6. 주요 제조설비
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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 |
|
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 |
|
소성 |
Continuous Kiln |
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도금 |
Plating Line |
|
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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