[논문자료] MLCC 제조공정에서 VOC배출 억제를 위한 수계 Paste용 BaTiO3 코팅분말의 합성

출처: 픽사베이

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MLCC(multilayer ceramic capacitor; 적층세라 믹컨덴서) 등 적층형 부품의 기존 제조공정에서는 원료분말의 액상분산, 첨가제 혼합 및 분쇄, 성형, 건조 및 소결과정을 거쳐 최종 세라믹 소결체를 제조하게 된다. 여러 첨가제는 혼합 분산과정으로부터 최후의 소결공정까지 각 성분의 역할에 따라 작용하게 되므로, 첨가제 성분은 균일하게 분산되어야 더욱 특성이 우수한 제품을 제조할 수 있다. 기존 혼합분산계는 톨루엔 등 방향족 유기용매 혼합물을 사용하므로 성형체의 건조공정에서 방출되는 VOC(volatile organic compound; 휘발성유기화합물) 및 공정장비 세척용 유기용매 등으로 인해 환경부담이 점차 증가하고 있다. 이러한 문제점은 2004년 정도에 전격적인 시행이 예측되고 있는 VOC 배출에 대한 국제환경규제에 의해서 큰 제약을 받게 될 것이다.

 

이러한 문제점을 극복할 수 있는 유일한 대안은 유기용매계가 아닌 수계 paste로 MLCC를 제조하는 방법이다. 그러나 기존의 혼합분산방법은 환경친화적 인수계 paste시스템을 적용하기에는 근본적인 문제점을 안고 있다. 즉, BaTiOs 분말과 첨가제의 혼합분산시 각 분말성분은 상호 표면 및 자체특성이 크게 다르므로, 수용액의 pH나 전해질특성에 의해 특정 성분은 잘 분산되지만 다른 성분은 심하게 응집되는 등, 균일한 수계분산을 얻기는 매우 어렵다는 것이다. 유기용매계에서의 electrostatic 분산효과는 수계에 비해서 매우 작을 것이므로, 유기분산제 등의 분 말표면 흡착에 의한 steric 효과를 주로 이용하게 된다. 이러한 연유에서 분말의 혼합분산계에서는 유기 용매가 단연 유리하므로, 현재 국내 MLCC 제조기업에서는 대부분 유기용매계 paste를 사용하고 있다.

논문 출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO200221862233601

BaTiO3 분말 표면에 첨가제의 금속염 전구체를 균일하게 흡착시키기 위해서는 현탁액상에서 BaTiO3가 잘 분산되어야 한다. 이를 위해서 본 연구에서는 모든 분말용액을 반응하기 전에 초음파세척기를 이용하여 1시간 이상 분산처리하였다. 또한 분산제로 잘 알려진 PVP와 PVA를 적정량 첨가하여 steric 반발력을 이용, 분산에 도움이 되도록 하였다. 분산된 BaTiO3 입자에 첨가제의 금속염과 요소를 첨가한 후 70°C 이상의 온도에서 반응시키면 요소의 자발분해에 의해 아래와 같은 반응이 진행될 것으로 예측되었다.

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정수압 프레스 (WIP_온간정수압)

 

정수압 프레스는 물리적인 힘을 유체(물)를 이용하여 동일한 모든 방향(전후·상하·좌우)에 균일한 힘이 전달되게 하는 원리를 이용한 것으로 내부 유체에 의해 발생된 압력으로 모든 면에 균일한 힘을 전달하는 것이 특징입니다. 정수압 프레스는 재료 공정에서 압축성형 및 적층성형, 식품공정에서는 살균 등에 사용되며 사용분야 및 목적, 온도사양에 따라 CIP, WIP, FIP 등의 다양한 종류로 구분합니다.

 

그 중 WIP(Warm Isostatic Press)는 온간 정수압, 온도의 물성 변화가 필요한 제품을 목표 온도에서 압착 및 고압 처리 공정을 진행하는 설비로 압축 유체로 사용하는 물은 최대 90도까지 사용 가능하며 그 이상 온도는 밀도 변화가 적은 오일을 사용합니다. 주로 전기·전자 소재 적층공정(Lamination Process)에 주로 사용됩니다.

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