프레젠테이션

적층 세라믹 커패시터(MLCC)는 스마트폰, 개인용 컴퓨터, 디지털 카메라 등 다양한 최신 전자 기기에 사용되고 있습니다. 오늘날 석유 및 가스 산업, 항공우주 산업, 자동차 산업 등 많은 산업 분야에서 200°C 이상의 온도에서 작동할 수 있는 MLCC에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 예를 들어, 자동차 애플리케이션용 SiC 기반 전력 장치는 최대 300°C의 온도에 맞게 개발되므로 MLCC를 포함한 주변 부품이 동일한 열악한 환경을 견딜 수 있어야 합니다. 이러한 고온 애플리케이션의 경우 MLCC용 유전체 재료는 높고 안정적인 유전 상수, 낮은 유전 손실, 높은 회수 가능 에너지 밀도를 가져야 합니다. BaTiO3(BT) 기반 페라이트는 기존 MLCC에서 가장 널리 사용되는 유전체 재료이지만, BT는 130°C에서 퀴리 온도가 낮고 고온에서 유전 상수가 급격히 떨어지기 때문에 고온 애플리케이션에 적합하지 않습니다.

고온 응용 분야를 위한 대체 유전체 소재를 찾기 위해 지금까지 많은 연구자들이 다양한 소재 시스템을 연구해 왔습니다. 그 중에서도 이완 강유전체는 유전 상수가 높고 온도 의존성이 커서 큰 관심을 끌었습니다. 역사적으로 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3와 같은 납 기반 이완제는 1980년대에 MLCC용으로 처음 널리 연구되었지만 납의 독성 때문에 전자 장치에 실제 적용하는 데 한계가 있었습니다. 지난 10년 동안 Bi 기반 무연 이완제는 고온 MLCC 유전체의 주축이 되었습니다. Bi 이완제를 포함하는 많은 조성물 중에서 비스무트 나트륨 티타네이트(Bi1/2Na1/2)TiO3(BNT) 기반 고용체는 조성 변형을 통해 전기적 특성을 조절하는 능력으로 인해 많은 관심을 끌었습니다. 예를 들어, BNT-NaNbO3 고체 용액은 -60~400°C의 넓은 온도 범위에서 고온 안정 유전 상수를 보이는 것으로 보고된 바 있습니다. 반면, BNT-(Sr0.7Bi0.2)TiO3 시스템은 항방정식과 같은 편광 반응으로 인해 엄청난 에너지 저장 밀도를 달성할 수 있습니다. BNT 기반 고용체 이완은 현재까지 광범위하게 연구되어 왔지만 유전 상수는 일반적으로 2000 이하로 Pb 기반 이완보다 낮습니다. 따라서 더 나은 유전체 특성을 얻기 위해 새로운 소재 시스템을 연구할 필요가 있습니다.

애플리케이션

본 논문에서는 세라믹 시료의 유전체 및 강유전 특성을 측정하기 위해 은 전도성 페이스트를 시료의 연마된 표면에 도포하고 600°C에서 10분간 공기 중에서 소성했습니다. 유전율의 온도 의존성과 유전 손실각의 탄젠트(tan δ)는 실온에서 400°C까지의 온도 범위에서 LCR 미터(ZM2371, NF Corp.)를 사용하여 측정했습니다. 유전율의 온도 의존성과 유전 손실각의 탄젠트(tan δ)는 실온에서 400°C까지의 온도 범위에서 LCR 미터(ZM2371, NF Corp.)를 사용하여 측정했습니다. 편광(P) 대 전기장(E) 곡선을 측정하기 위해 세라믹 샘플을 약 3 × 3mm2의 작은 정사각형 판으로 절단하고 Au 스퍼터링으로 전착했습니다. 그런 다음 고전압 증폭기(FCE10-B, TOYO사)가 장착된 강유전체 테스트 시스템(HEOP-5B6, 마쓰다 정밀사)을 사용하여 최대 150°C의 온도에서 0.5Hz의 주파수로 삼각 전압파를 가하여 P-E 곡선을 측정했습니다.

그림 7은 실온에서 측정한 BKST-x 세라믹의 P-E 곡선을 보여줍니다. BKST-0.0은 25 μC cm-2 의 잔류 편광(Pr)으로 강유전 분극의 스위칭으로 인해 상당한 히스테리시스를 보여줍니다. 대각선에 대한 비대칭 모양은 샘플이 여전히 강유전성임을 의미합니다. ST 함량이 증가함에 따라 히스테리시스가 얇아지고 Pr이 감소합니다. BKST-0.4와 BKST-0.5는 가느다란 비선형 P-E 곡선을 보이는데, 이는 이완 거동에 기인합니다. 이 관찰은 소전계 유전체 특성의 온도 의존성에 의해 암시되는 R 상태의 안정화와 일치합니다. 큰 필드에서 이러한 얇은 P-E 곡선은 커패시터 애플리케이션에 중요한데, 이는 히스테리시스가 작동 중에 에너지 손실을 초래할 수 있기 때문입니다.

출처

저자: 미나미시가 ,하기와라 마나부,후지하라 시노부

기관: 게이오대학교 과학기술학부 응용화학과, 3-14-1, 요코하마시 코호쿠구 히요시, 223-8522, 일본

게시: 2020년 4월 15일; 2020년 8월 17일 수정; 2020년 9월 21일

키워드: 분말: 화학 약품, 유전체 특성, 커패시터, 무연 이완제

저널: 세라믹스 인터내셔널

기사 출처 웹사이트: (Bi1/2K1/2)고온 커패시터 애플리케이션을 위한 TiO3-SrTiO3고체 용액 세라믹 - ScienceDirect