기술과 시장의 변화를 주도하는 삼성전기 MLCC
MLCC(Multilayer Ceramic Capacitors)는 전기를 보관했다가 일정량씩 내보내는 '댐'의 역할을 하며, 얇은 두께의 내부에 최대한 얇게 많은 층을 쌓아야 많은 전기를 축적할 수 있습니다. 삼성전기는 600층까지 적층한 고용량 MLCC를 생산할 수 있는 높은 기술력을 보유하고 있으며 5G 시대를 맞이해 전자기기, 자율주행차의 발전, IoT의 확대에 따라 MLCC의 중요성이 더욱 커진 시장 트렌드에 발 맞춰 초소형, 초고용량/고신뢰성, 고품질의 하이테크놀로지 집약체 MLCC의 개발에 힘쓰고 있습니다.
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초소형·초고용량
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품질 신뢰성
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글로벌 시장 리더
FAQ
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MLCC에 DC 전압을 인가하면 미세한 누설전류(Leakage Current)가 흐르게 되는데,
이 때의 저항값을 절연저항, IR(Insulation Resistance)라고 부릅니다.
일반적으로 MLCC의 절연저항은 매우 크며,
절연저항이 지나치게 작은 경우 회로내에서 오동작을 유발시킬 수 있습니다.
IR은 MLCC에 정격전압(Rated Voltage)를 인가하고 누설전류가 안정화 된 시점(60초 이상)에서 저항값을측정하며, SEMCO에서는 MLCC 제품별로 IR 값을 Spec으로 지정하여 관리하고 있습니다.CLR1A103MQ1NNN 기종을 예로 들면, SPECsheet내 아래와 같은 항목이 기재되어 있습니다.Test item
Judgement
Test condition
Insulation
Resistance
10,000MΩ or 50MΩ·μF
Whichever is smaller
Rated Voltage 60~120 sec
해당 제품의 IR 값은 10,000MΩ 혹은 50MΩ·㎌ 보다 작은 값이 기준이 됩니다. (기종마다 상이)
여기서 50MΩ·㎌의 경우 아래와 같이 계산할 수 있습니다.
해당 제품의 용량이 10㎋이므로 50MΩ / (0.01 ㎌) = 5,000MΩ 이라고 할 수 있겠습니다.
따라서 10,000MΩ과 5,000MΩ 중 작은 값인 5,000MΩ이 Spec의 기준이 되며,
CLR1A103MQ1NNN 기종의 IR값은 ‘5,000MΩ 이상’으로 보증됩니다.
역으로 누설전류를 계산하면,
6.3Vdc 전압 인가 시, MLCC에 흐르는 누설전류는 6.3V/5,000MΩ = 1.26 ㎁ 이하입니다.
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먼저 수동소자(R, L, C)의 이상적인 주파수 특성을 간단히 소개하겠습니다.
R(Resistance)은 전류가 흐름을 방해하는 특성을 가지고 있으며, 임피던스 크기 만큼의 전압 강하가 일어납니다.
주파수 변화에 관계없이 임피던스 값은 동일합니다.
L(Inductance, 유도성 리액턴스)은 전압이 인가되면 전류가 서서히 증가하는 특성을 가지고 있으며,인가되는 전기신호의 주파수가 증가함에 따라 임피던스도 증가하는 특성을 가지고 있습니다.C(Capacitance, 용량성 리액턴스)는 전류가 유입되면 전압이 서서히 증가하는 특성을 가지고 있으며,인가되는 전기신호의 주파수가 증가함에 따라 임피던스는 감소하는 특성을 가지고 있습니다.실제 MLCC는 Capacitance 뿐 아니라 기생성분(Resistance, Inductance)도 존재합니다.여기서 유전체나 전극의 저항성분을 등가 직렬 저항 Equivalent Series Resistance(ESR)이라고 하고,전극이나 리드선의 인덕터 성분을 등가 직렬 인덕턴스 Equivalent Series Inductance(ESL)라고 합니다.이 성분을 등가모델로 표현하면 아래와 같이 C, ESR, ESL이 직렬로 연결된 회로로 구성할 수 있습니다.주파수에 따른 MLCC의 임피던스(Z)를 그래프로 표현하면 아래와 같이 자기공진주파수(SRF)를 중심으로두가지 영역으로 구분됩니다.낮은 주파수 영역에서는 용량성 리액턴스가 주요특성으로 나타나며, 유전체 손실 특성 또한 관찰됩니다.ESL 등 기생성분의 임피던스는 충분히 작기 때문에 무시할 수 있습니다.하지만 높은 주파수 영역에서 기생 인덕턴스는 더이상 무시할 수 없으며,전류의 표피효과(Skin effect) 및 근접효과(Proximity effect)로 인한 저항성 손실도 나타나게 됩니다.용량성 리액턴스 성분과 유도성 리액턴스 성분이 상쇄되는 주파수를 자기공진주파수(Self Resonant Frequency, SRF)라고 합니다.전원 라인에서 노이즈를 제거하고 전압 변동을 억제하는 기능을 하는 캐패시터는PDN 등 고주파 Noise에 민감한 어플리케이션일 경우 Target impedance가 요구되기도 합니다.일반적으로 MLCC는 전해캐패시터, Film 커패시터보다 낮은 ESL, ESR특성을 가지기 때문에이러한 위치에 MLCC를 사용함으로써 보다 효율적으로 노이즈를 제거할 수 있습니다.AP 등의 성능의 요구수준이 높아짐에 따라 MLCC를 병렬로 여러개 사용하거나 AP에 최대한 가깝게 배치하여더 작은 ESL, ESR특성을 구현하기도 합니다.또한 삼성전기는 Low ESL 제품군으로 3단자 MLCC와 Reverse type MLCC을 보유하고 있으며일반적인 MLCC 대비 적은 마운팅 면적으로 공간을 절약함과 동시에 배치 수량을 줄일 수 있는 솔루션 제품입니다. -
MLCC (Class II) 제품은 DC 전압이 인가되면 용량이 감소하는 특징이 있으며 이는 일반적인 LCR meter의 기능을 이용하여 측정할 수 있습니다.
- 측정기기 : LCR meter E4980A + Test Fixture 16034G/E (Keysight Technologies Corp.)
- 측정조건
1) 주파수 : 제품별 SPEC sheet참조 (1kHz 혹은 120Hz로 설정)
2) AC전압 : 제품별 SPEC sheet참조 (1Vrms 혹은 0.5Vrms로 설정)
3) DC전압 : 0Vdc부터 정격전압까지, 유지시간 60sec
4) 측정온도 : 25℃ ± 3 ℃
※ 유의사항
1) 측정 전 ‘150℃ 1시간 정도 열처리 + 상온 24h 방치’ 후에 측정합니다.
2) 계측기 전원의 출력저항으로 인해 MLCC 양단에 인가되는 전압은 기기에서 설정한 전압과 차이가 발생할 수 있습니다. 계측기에서 제공하는 ALC(Auto level control) 기능을 활성화하면, MLCC 양단의 전압을 적절히 제어할 수 있습니다. 따라서 ALC 기능을 활성화한 상태에서 용량을 측정해야 하며, 만약 ALC 기능을 활성화하지 않을 경우 용량이 작게 측정될 수 있습니다. (그림 a, b, c, d)
3) Test fixture가 가지고 있는 기생성분이 측정값에 영향을 줄 수 있으므로 Test fixture의 Short상태, Open상태 그리고 케이블 길이값을 적절하게 보정하여야 합니다. (그림 e, f)
세부적인 계측장비 설정 방법은 해당기기의 사용자 매뉴얼을 참조 바랍니다.
[참고문헌]
- Impedance Measurement Handbook, Keysight Technologies Corp. 6th Edition, 2020
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고객지원 > 고객문의 화면에서 제품문의로 기술 및 구매 문의를 할 수 있도록 되어 있습니다.
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1) 삼성전기 홈페이지 > Product Search를 통해 할 수 있습니다.
2) 구글 검색창에서도 제품 검색이 가능합니다. 검색창에 수동소자 P/N 입력 > 검색 결과 중 ‘Samsung Electro-Mechanics : Product Information’페이지 클릭 > 해당 제품 페이지 열람