초고용량 MLCC 개발방향을 제시하세요. 이때 발생할 수 있는 문제점과 해결방안은 무엇입니까?

최근 전자기기의 소형경량화 및 박형화 요구에 따라서 세라믹 콘덴서의 연구도 소형화, 고용량화, 다기능화로 집약된다. 또한 MLCC 용량 영역도 고용량 영역대(10~100㎌)에서 사용되는 Al, Ta 등의 전해 콘덴서까지 확대가 가능하며, 이러한 고용량화를 구현하기 위해 고유전율화, 고적층화, 초박막화가 연구되고 있다. 이에 따른 해결방안으로는 내부전극 소재를 바꾸는 것, 파우더 공정에서 MLCC의 전극으로 니켈 등 신소재를 사용하는 방법, MLCC에 적용 가능한 성형공정기술 개발종래의 한계 기술인 슬러리 분산 공정의 확립을 통해 12㎛의 두께를 갖는 초박막 세라믹 유전층의 구현 등의 방법이 제시되고 있다.

MLCC의 용량은 유전체재료의 유전율과 유효전극면적, 유전체두께 그리고 적층수에 의해 결정된다. 특히 칩사이즈와 유전체가 결정된 상태에서는 유전체두께와 적층수가 고용량을 구현하는데 있어서 핵심 설계요소가 된다. 이에 따라 유전체층의 박층화가 유전체재료개발과 함께 MLCC 기술개발에 있어서 핵심으로 간주되고 있으며, 이 박층화에는 유전체층의 박층화뿐아니라 내부전극층의 박층화도 함께 고려 대상이다. 특히 박층화기술이 날로 발전함에 따라 후막기술을 이용하여 달성할 수 있는 박층화의 한계에 대하여 많은 시도가 이루어지고 있다.

MLCC의 고효율 구동을 위해서는 유전체층과 내부전극 층의 박층화를 통하여 고용량 및 소형화된 MLCC 제품 개발이 필수적이다. 이를 통해 시장을 선점하기 위한 많은 연구가 진행되고 있는데 MLCC의 고용량화를 위해서는 유전체 층의 두께를 0.5 μm 이하로 감소시켜야 한다고 알려져 있다. 그러나 기존의 상용화 유전체 물질인 (Ba,Sr)TiO3의 경우 유전체 막 두께를 200 nm 이하로 줄이게 되면 아래 그림과 같이 유전율의 급격한 감소와 함께 안정성이 저하된다. 따라서 200 nm 이하의 박막화에 적합한 고유전율 유전체 박막 재료 개발및 제조 기술 개발이 시급하게 요구된다.

이러한 문제를 극복하기 위한 방법으로 나노시트를 기반으로 하는 고유전체 박막 제조 및 이를 이용하여 MLCC를 제조하는 차세대 연구방법이 제시되고 있다. 박리화된 2차원의 나노 시트를 이용할 경우 이들은 수 나노의 매우 작은 층 두께를 가짐에도 불구하고 각 나노시트가 단결정이기 때문에 효과적으로 적층하여 고용량 및 고안정성을 보이는 MLCC박막 구현이 가능하다.

이러한 한계를 뛰어 넘을 수 있는 방법으로 일본의 NIMS에서는 유전체 박막의 나노화를 위하여 나노시트를 제작하여 박막을 구현하는 새로운 접근법으로 고유전율의 특성을 지닌 박막 나노시트를 제시하였다. 아래 그림과 같이 나타나 있는 Ca2Nb3O10, Sr2Nb3O10 등의 다양한 조성들은 기존의 물질 BaTiO3의 결정구조 단위셀과 유사한 층상 페로브스카이트 구조를 하고 있으며 10 nm의 두께에서 200이상의 유전율을 나타낸다. 이는 기존의 상용화 박막과 비교했을 때 박막의 두께를 20배 감소시키며 동시에 대용량화를 실현시키는 결과를 보여주었다.