블로그
Window to the Nano World
MLCC 적층 구조의 정밀 분석
MLCC(Multi-Layer Ceramic Capacitor, 다층 세라믹 커패시터)는 전자 기기 내부에서 전압을 안정화하고 전력을 저장·방출하는 역할을 하는 핵심 수동소자로, 스마트폰, PC, 자동차 등 거의 모든 전자 제품에 사용됩니다. 세라믹 유전체와 금속 전극을 적층한 구조를 가지며, 각 층은 수 마이크로미터(μm) 혹은 1μm 이하의 두께를 가집니다. 층을 최대한 얇게 많이 쌓아야 많은 양의 전기를 저장할 수 있는데, 얇게 만드는 과정에서 층 사이에 미세한 균열이나 기공, 박리가 발생하면 제품의 품질이 떨어지게 됩니다. MLCC의 층간 경계나 미세 결함을 정확히 관찰해서 불량의 원인을 파악하기 위해서는 MLCC의 단면을 만든 후 SEM으로 관찰하는 것이 필수적입니다.
MLCC의 단면을 만들 때, 얇은 층을 손상시키지 않는 것이 중요합니다. 기계 연마로 단면을 만들 경우 시료에 연마제가 물리적으로 닿기 때문에 층이 무너져서 미세 기공이 보이지 않거나, 시료에 연마제가 남아있어 정확한 성분 분석이 어렵게 됩니다. COXEM의 IP-10K 장비는 아르곤 이온 빔을 사용해서 시료를 미세하게 식각하기 때문에 물리적, 화학적인 손상이 없는 깔끔한 단면을 얻을 수 있습니다. MLCC 같이 작고 미세한 영역을 관찰해야 하는 시료의 단면을 볼 때는 IP-10K 장비로 이온 밀링을 진행한 후 SEM으로 관찰하는 것을 추천 드립니다.
- 시편 전 처리 과정
MLCC는 크기가 매우 작아서, 먼저 시료를 레진에 고정한 후 이온 밀링 시료대에 넣어야 합니다. 이온 밀링을 하면서 이온 빔과 시편이 닿는 부분에 열이 발생하기 때문에, 레진은 열에 잘 견딜 수 있는 소재로 선택하는 것이 좋습니다. 만일 시료가 열에 매우 약하다면 상온에서 굳는 저온 경화용 에폭시를 사용하고, 이온 밀링을 할 때 가속 전압을 5kV 이하로 낮춰서 최대한 열 데미지를 줄이는 것을 추천 드립니다.
Step 1. 시료를 클립에 세워서 고정한 후 몰드에 넣습니다.
Step 2. 경화제와 레진을 정해진 비율에 맞게 섞은 뒤, 몰드에 부어 줍니다.
Step 3. 선택한 에폭시의 종류에 따라 핫 플레이트 위나 상온에 시료를 방치하여 굳혀줍니다.
Step 4. 경화된 시료를 몰드에서 빼냅니다
Step 5. 밀링을 원하는 부분이 외부로 노출 되도록 시료를 기계연마 해줍니다.
Step 6. IP-10K의 시료대에 장착하여 이온 밀링을 진행한 후, SEM으로 관찰합니다.
- 이온 밀링 결과
[MLCC 이온 밀링 전]
[MLCC 이온 밀링 후]
이온 밀링 전의 시료를 SEM으로 관찰해보면 표면에 연마제에 의한 스크래치와 오염 물질이 남아있어 적층 구조가 제대로 보이지 않습니다. 이온 밀링 후에는 깔끔한 MLCC 단면을 얻어 내부 여러 층의 구조를 명확하게 관찰할 수 있었습니다.
- EDS 결과
MLCC의 단면을 이온 밀링을 하기 전과 이온 밀링을 한 후에 MLCC 단면의 성분 분석을 진행했습니다. 이온 밀링 전에는 시료에 연마제가 남아있어 연마제의 성분인 실리콘이 검출 되었으며, 그 외에 다른 오염 물질이 함께 검출되었습니다. 이온 밀링을 한 후에는 오염 물질이 제거되어 MLCC의 성분만이 검출 되었으며, 단면이 깔끔하게 드러나면서 MAP 이미지에서 원소의 분포를 명확하게 관찰할 수 있었습니다.
#MLCC # SEM #EM-40 #Ionbeampolisher #IP-10K
