(57)【要約】【課題】本発明は、積層セラミックキャパシタの内部電極に用いられる材料と、誘電層に用いられる材料との収縮率差による様々な問題を解決する。【解決手段】表面にグラフェン１３１が不規則に形成された金属粉末１２１を、積層セラミックキャパシタの内部電極の材料として用いて、グラフェン１３１が形成されていない金属粉末の表面でのみネッキングが起こるようにし、金属粉末のネッキングを遅延させ、内部電極の収縮を制御することにより、内部電極の厚さを減らし、短絡及びクラックなどを減少させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末の表面に不規則に形成されたグラフェン層を含む金属粉末。
【請求項２】
前記不規則に形成されたグラフェン層を含む金属の表面と、前記グラフェン層を含まない金属の表面とは、焼結特性において互いに異なる請求項１に記載の金属粉末。
【請求項３】
前記金属粉末は、球形、四角形、多面体形、及び円筒形からなる群から選択される１種以上の形態を有する請求項１に記載の金属粉末。
【請求項４】
前記金属粉末は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｕ、Ｖ及びＺｒからなる群から選択される１種以上である請求項１に記載の金属粉末。
【請求項５】
前記金属粉末は、積層セラミックキャパシタの内部電極に用いられる請求項１に記載の金属粉末。
【請求項６】
金属粉末を積層する第１段階と、
前記積層された金属粉末に炭素供給源を供給し、前記積層された金属粉末の表面を前記炭素供給源でコーティングする第２段階と、
前記炭素供給源でコーティングされた金属粉末を熱処理し、前記金属粉末の表面にグラフェンを形成する第３段階と、
前記金属粉末を分離する第４段階と、
を含む金属粉末の製造方法。
【請求項７】
前記第１段階から第３段階の各段階は、一切の撹拌を加えない状態で行われる請求項６に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項８】
前記第３段階の熱処理時、炭素供給源でコーティングされた金属粉末の表面にのみグラフェンが不規則に形成される請求項６に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項９】
前記金属粉末を分離する第４段階を経て、積層された金属粉末が夫々の金属粉末に分離される請求項６に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項１０】
前記金属粉末の分離は、カッター、超音波粉砕機、ミル類粉砕機、フリューダイザー、及びナノマイザーから選択される一つの方法を利用する請求項６に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項１１】
金属粉末の表面に不規則に形成されたグラフェン層を含む金属粉末を含む積層セラミックキャパシタの内部電極。
【請求項１２】
前記内部電極は、グラフェン層を含まない金属粉末、または誘電体セラミック粉末から選択される１種以上をさらに含む請求項１１に記載の積層セラミックキャパシタの内部電極。
【請求項１３】
前記金属粉末は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｕ、Ｖ及びＺｒからなる群から選択される１種以上である請求項１２に記載の積層セラミックキャパシタの内部電極。
【請求項１４】
請求項１１に記載の内部電極を含む積層セラミックキャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粉末、その製造方法、及びその金属粉末からなる内部電極を含む積層セラミックキャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
積層型セラミックキャパシタ（ＭＬＣＣ）は、誘電体セラミック内に内部電極を含み、これを約９００℃前後の温度で焼成して製造する。
【０００３】
この際、内部電極の材料としてはニッケル（Ｎｉ）粉末がもっとも多く用いられ、誘電体セラミック粉末としては、主にＢａＴｉＯ３が用いられる。前記内部電極を含む誘電体セラミックを同時に焼成する場合、内部電極のニッケル金属と誘電ｍ体セラミックのＢａＴｉＯ３粉末との収縮率差により、ニッケル金属同士が凝集するネッキング（ｎｅｃｋｉｎｇ）現象が起こる。このため、内部電極と誘電層との不整合（ｍｉｓｍａｔｃｈ）により、内部電極でクラックが発生したり、または剥離（Ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）するなどの不良が誘発される。
【０００４】
図１は、誘電体セラミック内に内部電極を含むＭＬＣＣ構造の断面の一部を示したものである。
【０００５】
これを参照すると、誘電体セラミック粉末１１からなる誘電層１０と、前記誘電層１０内に内部電極２０が積層されている構造を有するが、前記内部電極２０を含む誘電体セラミックを同時に焼成する場合、収縮率の差によって内部電極の間に短絡が発生（Ａ）し、内部電極の平滑性及び連結性が低下するという問題が発生する。
【０００６】
また、前記内部電極２０が誘電層１０内に浸透（Ｂ）して、誘電層１０の信頼性を劣化させ、破壊電圧（ｂｒｅａｋｄｏｗｎ  ｖｏｌｔａｇｅ、ＢＤＶ）を低下させる原因となるため好ましくない。
【０００７】
従って、このような問題を解決するための一つの方法として、内部電極の収縮率を減らすために、誘電層を構成する材料と同一のセラミック粉末を内部電極の材料であるニッケル粉末とともに共材として混合する技術が提示された。
【０００８】
図２は、ニッケル内部電極に誘電体セラミック粉末を共材として混合することによる効果を示している。これを参照すると、内部電極を構成するニッケル粉末２１は低温でネッキング（ｎｅｃｋｉｎｇ）を形成し、ニッケル粉末同士が凝集された構造を示す。ニッケル粉末の粒子同士が多くのネッキングを形成する場合、焼結が速く進行し過ぎるという問題があるため、このようなネッキングが起こらないようにする必要がある。
【０００９】
これを解決するために、内部電極の収縮率を低めるための誘電体セラミック粉末共材１１を添加すると、ニッケル粉末の粒子２１が互いに接する接点に前記誘電体セラミック粉末共材１１が位置して、ニッケル粉末のネッキングを防止し、焼結を遅延させる役割をする。また、前記添加された誘電体セラミック粉末共材１１は、ニッケル粉末が内部電極を形成する際、前記ニッケル内部電極から分離されて誘電層に合流される原理である。
【００１０】
しかし、上記の方法も、焼成温度が上がるにつれてその効果に限界が生じ、所望の水準まで収縮率差を調節することができないという問題があるため、内部電極の材料として用いられるニッケル粉末と誘電層を構成する誘電体セラミック粉末との収縮率差を効果的に制御するには限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】韓国公開特許第１０−２００９−００２８００７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記のように、積層セラミックキャパシタの内部電極に用いられる材料と、誘電層に用いられる材料との収縮率差による従来技術の様々な問題を解決するためのものであり、本発明の目的は、誘電層と収縮特性が類似した構造を有する金属粉末を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、前記金属粉末の製造方法を提供することにある。
【００１４】
また、本発明のさらに他の目的は、前記金属粉末を内部電極に含む積層セラミックキャパシタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の課題を解決するための金属粉末は、金属粉末の表面に不規則に形成されたグラフェン層を含むことを特徴とする。
【００１６】
前記不規則に形成されたグラフェン層を含む金属表面と、前記グラフェン層を含まない金属表面とは、焼結特性において互いに異なるものとすることができる。
【００１７】
前記金属粉末は、球形、四角形、多面体形、及び円筒形からなる群から選択される１種以上の形態を有することができるが、これに限定されるものではない。
【００１８】
前記金属粉末は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｕ、Ｖ及びＺｒからなる群から選択される１種以上であることが好ましい。
【００１９】
前記金属粉末は、積層セラミックキャパシタの内部電極として好ましく用いられることができるが、これに限定されるものではない。
【００２０】
本発明の他の課題を解決するための金属粉末の製造方法は、金属粉末を積層する第１段階と、前記積層された金属粉末に炭素供給源を供給し、前記積層された金属粉末の表面を前記炭素供給源でコーティングする第２段階と、前記炭素供給源でコーティングされた金属粉末を熱処理し、前記金属粉末の表面にグラフェンを形成する第３段階と、前記金属粉末を分離する第４段階と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
前記第１段階から第３段階の各段階は、一切の撹拌を加えない状態で行われることが好ましい。
【００２２】
前記第３段階の熱処理時、炭素供給源でコーティングされた金属粉末の表面にのみグラフェンが不規則に形成されることを特徴とする。
【００２３】
前記金属粉末を分離する第４段階を経て、積層された金属粉末を夫々の金属粉末に分離することができる。
【００２４】
前記金属粉末の分離は、カッター、超音波粉砕機、ミル類粉砕機、フリューダイザー、及びナノマイザーなどを利用することができるが、これに限定されるものではない。
【００２５】
また、本発明のさらに他の課題を解決するために、金属粉末の表面に不規則に形成されたグラフェン層を含む金属粉末を利用した積層セラミックキャパシタの内部電極を提供することができる。
【００２６】
また、本発明の実施形態によると、前記内部電極は、グラフェン層を含まない金属粉末、または誘電体セラミック粉末から選択される１種以上をさらに含むことができる。
【００２７】
前記金属粉末は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｕ、Ｖ及びＺｒからなる群から選択される１種であることができるが、これに限定されるものではない。
【００２８】
また、本発明は、前記内部電極を含む積層セラミックキャパシタを提供することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によると、その表面に、グラフェンが不規則に形成された金属粉末を積層セラミックキャパシタの内部電極の材料として用いて、グラフェンが形成されていない金属粉末の表面でのみネッキングが起こるようにし、金属粉末のネッキングを遅延させ、内部電極の収縮を制御することにより、内部電極の厚さを減らし、短絡及びクラックなどを減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】誘電体セラミック内に内部電極を含むＭＬＣＣ構造の断面の一部を示した図面である。
【図２】ニッケル内部電極に誘電体セラミック粉末を共材として混合することによる効果を示した図面である。
【図３】本発明による金属粉末の断面及び表面の形状である。
【図４】本発明による金属粉末の製造過程を示した図面である。
【図５】本発明の一実施形態により製造された金属粉末の表面にグラフェンが不規則に形成された金属粉末のネッキング現象を示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明をより詳細に説明すると次のとおりである。
【００３２】
本明細書で用いられる用語は、特定の実施形態を説明するために用いられ、本発明を限定しようとするものではない。本明細書で用いられるように、単数型は、文脈上異なる場合を明白に指摘するものでない限り、複数型を含む。また、本明細書で用いられる「含む（Ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／または「含んでいる（Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は言及された形状、数字、段階、動作、部材、要素、及び／またはこれらの組み合わせが存在することを特定するものであり、一つ以上の他の形状、数字、段階、動作、部材、要素、及び／またはこれらの組み合わせの存在または付加を排除するものではない。
【００３３】
本発明は、内部電極用金属粉末、その製造方法、及びその金属粉末からなる内部電極を含む積層セラミックキャパシタに関する。
【００３４】
１．内部電極用金属粉末
本発明による金属粉末は、内部電極の主材料として用いられ、誘電層を構成する誘電体セラミック材料との収縮率差を最小化することができるように、前記金属粉末の表面にグラフェンを不規則に形成した構造を有する。
【００３５】
図３は、本発明による金属粉末の断面（上）及び表面（下）の形状を示している。これを参照すると、金属粉末１２１の表面に不規則に形成されたグラフェン層１３１を含む。
【００３６】
従って、前記不規則に形成されたグラフェン層１３１を含む金属の表面と、前記グラフェン層１３１を含まない金属の表面とは、互いに異なる収縮特性を有する、と予想することができる。結果的に、各金属粉末で互いに異なる収縮特性を有するため、その焼結特性も異なるものとすることができる。
【００３７】
従って、前記金属粉末を積層セラミックキャパシタの内部電極の材料として用いる場合、誘電体セラミック粉末との収縮率差を改善し、焼結特性を向上させることができる効果を有する。
【００３８】
前記金属粉末は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｕ、Ｖ及びＺｒからなる群から選択される１種以上であることが好ましい。
【００３９】
前記金属粉末の表面に不規則に形成されるグラフェン層の厚さは、１μｍ以下が適当であり、数ｎｍがさらに好ましい。前記グラフェン層の厚さは、炭素供給源の含量及び熱処理条件などを変化させることにより調節することができる。
【００４０】
本発明における「グラフェン層」は、炭素が六角形の板状構造で連結されたグラフェンシートと類似した結合構造を有し、グラフェンが適切な結合角を維持しながら曲がっている球形、円筒形、多面体形などを有することができる。
【００４１】
従って、本発明による前記金属粉末は、球形、四角形、多面体形、及び円筒形からなる群から選択される１種以上の形態を有することができるが、これらに限定されるものではない。
【００４２】
最終的に製造される金属粉末は、内部の金属粉末の形状によって決定することができる。従って、最終の金属粉末の形態に応じて、前記内部金属粉末の形態を選択して製造することができる。
【００４３】
２．内部電極用金属粉末の製造方法
本発明による内部電極用金属粉末の製造方法は、金属粉末を積層する第１段階と、前記積層された金属粉末に炭素供給源を供給し、前記積層された金属粉末の表面を、前記炭素供給源でコーティングする第２段階と、前記炭素供給源でコーティングされた金属粉末を熱処理し、前記金属粉末の表面にグラフェンを形成する第３段階と、前記金属粉末を分離する第４段階と、を含む。
【００４４】
図４は、金属粉末の製造過程を示しており、これを参照して説明する。
【００４５】
まず、第１段階では、金属粉末１２１を積層する。各金属粉末１２１は金属の特性上、一定に積層することができる。この際の重要な点は、金属粉末１２１に、一切の撹拌や外部からの如何なる条件も加えないことである。即ち、金属粉末１２１が積層された形態を維持するようにすることが好ましい。
【００４６】
第２段階では、前記積層された金属粉末１２１に炭素供給源１４０を供給し、前記積層された金属粉末１２１の表面を前記炭素供給源１４０でコーティングする。図４に示すように、前記炭素供給源１４０を供給すると、積層された金属粉末１２１の間の空間や最外殻の表面が、前記炭素供給源１４０によりコーティングされる。
【００４７】
この際に供給される炭素供給源１４０は、後工程である熱処理によってグラフェンを形成できるものであれば、その材料は特に限定されない。例えば、両親媒性高分子、液晶高分子、伝導性高分子のような炭素含有高分子、アルコール系有機溶媒などの液相炭素系物質、メタン、エタン、アセチレンなどの気相炭素系物質などが挙げられるが、これらに限定されない。
【００４８】
前記第２段階を経る過程でも、金属粉末１２１に一切の撹拌や外部からの如何なる条件も加えない。これは、供給された炭素供給源と相接する選択的な領域にのみ、炭素供給源がコーティングされるようにするためである。
【００４９】
第３段階では、前記炭素供給源１４０でコーティングされた金属粉末１２１を熱処理し、前記金属粉末の表面にグラフェン１３１を形成する。前記熱処理条件は、４００〜１５００℃の不活性雰囲気または還元雰囲気で、０．１〜１０時間行うことが好ましい。
【００５０】
前記熱処理は、誘導加熱、輻射熱、レーザー、ＩＲ、マイクロ波、プラズマ、ＵＶ及び表面プラズモン加熱からなる群から選択される１種以上の方法で行なうことができるが、これに限定されるものではない。
【００５１】
このような熱処理により、前記炭素供給源の炭素成分を除いた他の成分は全て蒸発し、前記炭素成分のみが互いに結合して立体形状のグラフェンを形成する。
【００５２】
最後の第４段階では、前記金属粉末を分離させる。
【００５３】
前記金属粉末の分離は、カッター、超音波粉砕機、ミル類粉砕機、フリューダイザー、ナノマイザーなどを利用することができるが、これに限定されるものではない。
【００５４】
前記金属粉末を分離する第４段階を経て、積層された金属粉末１２１を夫々の金属粉末に分離することができる。
【００５５】
上記のような一連の過程を経ると、図４に示すように、金属粉末１２１の表面の一部のみにグラフェン１３１が不規則に形成される。従って、グラフェン１３１が形成された金属粉末１２１の表面と、グラフェン１３１が形成されていない金属粉末１２１の表面とは、その収縮特性が異なる。
【００５６】
従って、グラフェン１３１が形成された金属粉末１２１でのネッキング現象を示した図５のように、グラフェン１３１が形成されていない金属粉末１２１の表面でのみネッキングが起こるようにし、金属粉末１２１のネッキングを遅延させ、内部電極の収縮を制御することにより、内部電極の厚さを減らし、短絡及びクラックなどを減少させることができる。
【００５７】
３．積層セラミックキャパシタ
本発明の積層セラミックキャパシタは、金属粉末の表面に不規則に形成されたグラフェン層を含む金属粉末を利用した内部電極を含んで構成することができる。
【００５８】
また、前記内部電極には、内部電極の材料として通常的に用いられる純粋金属粉末または誘電体セラミック粉末をさらに含むことができる。
【００５９】
前記金属粉末は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｕ、Ｖ及びＺｒからなる群から選択される１種以上であることができるが、これに限定されるものではない。
【００６０】
また、前記誘電体セラミック粉末は、ボディー材料として用いられる誘電体セラミック材料と同一のものを用いることが好ましい。
【００６１】
本発明の積層セラミックキャパシタで用いられるボディー材料、外部電極などは、通常の材料を用いることができ、その材料及び製造方法は特に限定されない。
【符号の説明】
【００６２】
１０  誘電層
１１  誘電体セラミック粉末共材
２０  内部電極
２１、１２１  金属粉末
１３１  グラフェン
１４０  炭素供給源
Ａ  内部電極の短絡
Ｂ  内部電極の誘電層への浸透
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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