[논문자료] TSDC 방법을 이용한 X5R MLCC의 신뢰성 평가

출처: 픽사베이

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최근 급속도로 진행되고 있는 IT기기의 소형화, 고성능화, 저전력화와 전자부품의 경박단소화 흐름에 따라 MLCC도 초소형, 초고용량화로 연구, 발전되어왔다. 고성능의 MLCC 구현에 우선해야 할 것은 신뢰성의 확보이며 유전체의 박막화가 진행될수록 중요성이 더해가고 있다. 이에 따라 신뢰성의 평가 방법 또한 발전해가고 있다.

 

TSDC (Thermally Stimulated Depolarization Current) 방법은 전압을 인가하지 않은 상태에서 온도 상승에 따른 재료 내에 흐르는 미세 전류를 측정하여 전자, 정공, dipole, 산소공공 등의 relaxation에 관한 정보를 유추할 수 있는 분석방법이다. 1,2) 이 실험은 반도체에서 trap을 분석하는데 많이 사용하여 왔으며 재료 내부의 defect (dipole, trap charge, mobile ion 등)의 종류와 농도, 에너지 분포 등을 알 수 있다는 장점을 가지고 있다. Ni-MLCC의 신뢰성을 위해서 산소결함의 양 및 이동도가 중요한 parameter이므로 TSDC를 유전체에 적용할 경우, 절연저항 열화의 원인이라 생각되는 산소공공의 이동 거동을 확인할 수 있을 것이다.

 

또한 이를 통하여 유전체만으로 신뢰성을 예측할 수도 있다. 본 연구에서는 TSDC 실험을 통해 유전체 재료의 신뢰성 설계에 기초 데이터가 될 수 있는 절연저항 열화 매커니즘 분석과 TSDC 실험의 신뢰성 평가 방안으로서의 가능성에 대해 검토해보았다.

논문 출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO200915536390965

 

X5R의 MLCC 유전체 조성에서 Dy 자리에 Y를 0, 40, 60, 100% 치환한 시편의 TSDC를 측정하였다. 이 결과 당사의 X5R 유전체 조성에 대해서 150℃ 부근과 200℃ 부 근의 peak으로 산소공공의 이동 거동을 확인하였다. Dy+Y 의 조성 변화 실험 결과로 Dy나 Y 단독 조성에 비해 Dy+Y 혼합 조성의 산소공공의 이동을 야기하는 activation energy가 높고 defect의 농도가 낮을 것으로 판단되었다. 이는 Dy50-Y50 조성의 chip의 가속수명시험 결과 신뢰성이 더 높았던 결과와 일치한다.

 

이를 바탕으로 Dy에 Y를 적당량 첨가할 경우, 유전특성과 신뢰성 모두를 저하하지 않을 수 있다고 판단 가능하다. 이 결과를 바탕으로 TSDC 실험이 유전체 조성의 신뢰성 평가 방안으로서의 가능성에 대해 검토해 본다면 TSDC로 분극 조건에 따른 TSDC 전류를 재현성 있게 얻을 수 있었으며, 전류값과 activation energy 계산을 통해 유전체 만으로의 상대적인 신뢰성 판단의 기초 자료로 사용 가능하다고 생각된다.

 

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WIP / CIP

 

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.

 

CIP(Cold Isostatic Press)

냉간 정수압, CIP처리라고 표현하며 등 방향 압축 성형이 필요한 제품에 널리 사용되고 있습니다. 온도에 의한 물성 변화가 필요없는 제품을 상온에서 성형하는 것을 목적으로 하며 주로 고분자, 세라믹, 금속, 카본 등 고강도 복합재료에 사용됩니다.

 

WIP(Warm Isostatic Press)

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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