MLCC 공정과정(12단계)
- 배치 : 슬러리 만드는 공정
- 세라믹 파우더, 바인더, 분산제, 용매 고른 혼합.
- 성형성 확보를 위해 분산성 우수한 슬러리 제조.
- 성형 : Sheet 성형. 바인더 많을수록 더 두꺼워짐.
- PET 필름 위에 균일한 세라믹 시트 도포.
- 일정한 건조 조건, 최적 성형 속도, 일정한 슬러리 공급이 이루어져야.
- 인쇄 : 내부 전극(Ni) 인쇄.
- Crack 방지를 위해서 균일한 두께의 내부전극 인쇄 필요.
- 적층 : Press로 가압착.
- 높은 packing density 확보.
- 압착 : 1000kg가 넘는 압력을 수압으로 형성.
- 절단 : size에 맞게 UV, Zr로 얇게 떼어냄.
- Size가 클수록 유전용량이 커지는 장점. 그러나 디바이스의 미소화 트렌트에 따라 사이즈 감소 필요.
- 절단 전 70~80도로 예열하여 Rubber 상태 만든다. 블레이드 삽입 시, chip 밀림이 적도록 날이 휘지 않는 범위에서 얇은 칼날 사용.
- 가소/소성 : 온도/시간 등의 변수에 따라서 Crack과 같은 결함 발생 달라짐. 프로파일에 따라서 디바이스 성질 달라짐.
- 가소 온도 높일수록, 탈바인더 잘되어 잔탄량이 줄어듦. 그러나, 결정립 성장 및 입자간 소결이 일어나 grain size 증가.
- 1차 가소(질소 분위기, 약 350도 분위기 탈바인더), 2차 가소(수소 분위기 약 750~1200도 분위기 탈바인더)
- 가소 후에는 잔탄량이 적은 상태에서 유전체와 전극 간의 mismatch를 줄이기위해, 급 승온시켜 1200~1300도 환원분위기에서 소성. 소성으로 바인더 완전제거 및 치밀화
- 소성 후에 온도를 낮추어 산소 공공을 제거하고 신뢰성 향상을 위해 재산화. 산소공공은 절연저항 열화의 근본적 원인
- MLCC는 세라믹과 금속으로 구성되어 소결온도 및 도달시간이 달라 온도제어 중요.
- 연마 : 바렐연마, 볼밀링으로 칩의 모서리 깎음. 고온 공정으로 외부 세라믹과 내부 금속의 수축률 다르므로 외부 세라믹이 함몰되는 것을 막기 위해 거침. 내부전극을 노출시켜 외부전극과의 결합성 향상. 소성칩 모서리에 round를 주어 칩핑 방지.
- 외부전극 도포
- Cu 외부전극 도포 : Ni 내부전극과의 상용성으로 소성 시 고용체 합금 형성.
- Cu 금속, grass frit, 바인더로 paste 만들고 점탄성 거동.
- 이는 좋은 전기적 특성을 구현하기 위함.
- 외부전극 소성
- 내부전극과의 전기적 접촉
- 균일한 glass frit 분산에 의한 금속 액상소결
- 산소 분압과 온도 조절을 통한 바인더 제거 선필요.
- 외부전극 도금 : 전기화학적 반응을 통한 Ni, Sn층 형성.
- Ni 도금 : 외부전극 보호 및 접합.
- Sn 도금 : solder와의 접합성 강화.
- 전극의 부식 방지를 위함.
- 측정선별 및 외부선별, 검사 및 출하
- Capacitance(용량), DF(유전손실), Flash 전압인가로 결함 유무 판정, IR 측정
- 유전손실 : 전류가 전압보다 90도 앞서야 하는데, 90도보다 적은 각으로 앞섬. 교류전류에 의한 분극이 뒤늦게 이루어짐에 따라서 전기에너지가 열에너지로 손실.
Q. MLCC 제조공정에서 가소와 소성이 진행 중. 가소 공정 도중에 바인더를 제거하기 위한 최소온도에서 소결이 동시에 일어나고 있다. 이를 해결하기 위한 방법은?
소결이란? 조립화와 치밀화가 일어나는 것.
초기 : powder 입자 간의 necking 일어남.
말기 : Pore 대부분 제거. 치밀화. 다른 성분이 입계에 편석. Grain 과다 성장.
중기 : 기공율 대폭 감소(수축 가장 큰 단계). 입자 형태 > Bulk 단계.
정밀분석실 기기
광학현미경, FE-SEM, FIB(Focused Ion Beam), CP(Cross Polishing), TGA 등…
신뢰성평가실
고온신뢰성 평가 : HALT / 3Vr, 150도 분위기에서 24시간 유지. (3Vr은 무슨 소리??)
내습성 평가 : 8585 Reflow Machine / 1.5Vr, 85도, 85% 습성 분위기 24시간 유지.
Defect 종류
Delamination : active층의 side 부위에 많이 생김. 이유는 내부전극 적층 시, L방향과 W방향의 마진 발생 때문. 압착할수록 하부 쪽은 위 쪽의 전극으로 채워져 위 쪽이 비는 현상 발생.
Crack : MLCC의 겉부분은 세라믹, 내부는 금속이다. 매우 고온에서 큰 소성 시에, 세라믹은 W방향 수축, 금속은 수직방향으로 팽창하여 발생. 이는 인쇄 공정에서 미인쇄를 하거나, 적층 시에 damage가 생긴 sheet를 여러 층 적층 시 발생 가능.