전자부품의 쌀이라고 불리는 MLCC를 들어보셨나요? 세라믹 전공이나 재료를 전공하셨다면 들어보셨을 것입니다.
이 글은 MLCC에 관심을 가지고 있고, 삼성전기 취업을 준비하신다면 큰 도움이 될 것입니다.
MLCC에 꼭 필요한 기술들
MLCC를 부분별로 모듈 단위로 분리하면, 유전체, 내부전극, 외부전극, 박막 가공 처리 기술, 구조 설계기술이 필요핟.
유전체
MLCC의 모든 특성과 성능이 유전 특성에서 비롯되므로, MLCC의 주요한 부분이다. 유전체 파트의 경우, 파우더 합성기술은 고상합성법 뿐만 아니라, 수열합성 및 공침법 등의 합성기술이 있어야한다. 또 다른 하나는 결함제어이다. 결함은 MLCC 수명 단축의 주된 원인이다. 결함제어와 입자 크기에 대한 제어가 중요하다. 따라서 입자 크기와 미세구조에 대한 향후 얇은 유전체를 구현할 수 있게 하는 첨단 기술이다.
내부전극
더 높은 용량을 가진 MLCC는 보다 높은 층을 쌓아야 하므로, 금속 재료와 금속 수축에 대한 연구가 필요하다. 이들은 세라믹과 함께 소성되므로, 금속 수축 제어도 MLCC기술에서 매우 중요한 부분이다.
외부전극
현재 삼성전기는 구리 페이스트에 디핑한 외부전극을 사용하고 있다. 디핑은 다른 방법에 비해 생산성이 매우 높고 상대적으로 제어가 쉽다. 디핑 페이스틔 유동 제어에 대한 지식을 자기고 있어야 하며, 그 다음 유리를 사용하여 구리 전극을 세라믹 부분에 접착한다.
박막 가공 처리 기술
박막 제품을 구현하려면 더 얇은 유전체와 전극 층이 필요하기 때문에 정밀한 박막 기술이 필요하다.
MLCC의 핵심 부품
높은 용량을 얻을려면 매우 얇은 레이어를 실현해야 한다.
두께는 400nm 이하인 0.4um 미만이지만, 그런 수준의 얇은 유전체 레이어를 실현하려면 아주 얇은 분말을 사용해야한다. 지금은 100nm 미만의 분말 크기를 사용하고 있지만 분망의 표면을 균일하게 하고, 내부결함(pore)을 제거함으로써 분말의 높은 결정 선형성을 얻는 방법에 초점을 맞추고 있다.
중요한 유전체 재료기술은 MLCC 첨가제 분말의 분산이다. 하지만 지금 티탄산바륨 분말 크기는 약 100nm 이하로 작아지기 때문에 사용해야 하는 첨가제 분말은 nm 스케일 보다 훨씬 더 작아야한다. 그래서 100nm 미만의 산화물 분말을 균일하게 분산시키는 것은 정말 어렵다. 그래서 분산된 첨가제와 혼합 분말을 어떻게 티탄산바륨의 표면에 균일하게 코팅할 수 있는지 연구하고 있다.
내부 전극의 핵심기술
MLCC의 높은 용량과 고밀도를 만들기 위해서는 내부 전극 두께를 매우 얇게 만들어서 3nm 이하가 되도록 해야한다. 삼성전기는 니켈 분말을 정제한 다음 부드럽고 평평한 프린팅 기술을 사용하고, 세라믹 재료와 함께 동시 소성하는 동안 수축 제어를 실시해야 한다. 따라서 High-end MLCC 기술을 만드는 어려운 과제이다.
소성, 소결 기술
MLCC의 보다 어려운 측면은 세라믹 재료와 금속 재료를 동시에 소성해야 한다는 것인데, 이들은 함께 수축된다. 소성 중에 모든 종류의 불일치를 제거하기가 정말 어렵다. 그래서 많은 삼성전기 엔지니어들이 니켈과 세라믹 사이의 수축률의 차이를 최소화하기 위한 연구를 하고 있다. 그리고 매우 균일한 세라믹 입자 크기를 가져야 하는 것도 중요하다. 한 레이어 안에 매우 비정상적으로 입자가 성장하는 경우, 큰 입자는 전기적 스트레스에 대해 누전을 발생시킬 수 있다. 따라서 이 경우 균일하게 잘 분포된 입자 구조에 비해 수명이 매우 나쁘다. 따라서 세라믹 부품에 대한 미세 구조 엔지니어링도 적용해야 한다.
터미널 전극 기술
외부전극에 대한 첫 번째 성능과, 첫 번째 요건은 외부 및 내부 니켈 전극 사이의 좋은 연결을 확보하는 것이다. 따라서 니켈 전극과 우수한 금속 합금 특성을 가져야 한다. 두 번째는 우수한 유동제어이다. 지금은 딥핑이 생산성이 다른 방법보다 훨씬 크므로 일반적으로 딥핑을 사용한다. 그러나 디핑은 담그는 과정에서 외부전극의 일부를 불균일하게 만들기 때문에 페이스트의 유동성에 대해 많은 연구가 이뤄지고 있다.
따라서 간단히 디핑을 사용하려면 균일한 두께를 얻는 것이 외부전극의 목표이다. 그외에도 외부전극의 소성과 치밀화 과정이 필요하다. 일반적으로 외부전극의 경우, 구리 분말을 사용한다. 구리 분말과 유리분말은 세라믹과 구리 전극 사이의 벽으로, 유리가 있는 단자 전극 부분 사이에서 기계적 접합이 필요하기 때문에 함께 혼합된다.
표면 코팅 기술
세라믹 부품에 습기가 침투하면 장기적으로 MLCC 부품의 절연 특성이 저하되기 때문이다. 삼성전기는 여러 조건에서 습기를 막는 특별한 처리방법을 연구하고 있으며, 현재 우리 고객들은 85-85 같은 극한 조건으로 오랜 기간 많은 테스트를 하고 있다. 따라서 테스트 중에 제품들이 습기 침투의 공격을 견뎌야한다.
왜 고도의 기술력, 특히 재료공학 분야가 필요할까?
예를 들어 작은 사이즈의 MLCC를 기준으로 32억개의 입자들이 있다면, 신뢰성이나 절연 특성이 나쁜 입자가 하나만 있어도, 이는 실패한 MLCC이다. 따라서 하나의 MLCC가 제대로 작동하려면 32억 개의 입자를 제어하고 관리해야한다. 즉, 미래의 MLCC는 기술보다 과학이 필요하다. 현재 미세구조 제어에는 원자 수준에서의 제어가 필요하기 때문이다.