적층세라믹칩콘덴서 (MLCC) 의특허동향 심재흥조사분석4팀 Ⅰ. 서론 칩콘덴서 (MLCC) 칩인덕터 칩저항 SMD 수정디바이스등칩분야의생산이크게늘어나고있다. 칩부품수요증가는컴퓨터, 이동통신기기, CD롬드라이브, 케이블모뎀, 컴퓨터메모리카드등각종전자제품들의경박단소화추세에다각종디지털제품의상용화가이루어지면서새로운칩부품수요처가늘어나고있기때문이다. 칩부품의수요증가세가멈추지않을것으로예상되는데다업체들도여전히설비투자를확대하고있어당분간칩부품의생산은크게늘어날것으로보인다. 본보고서에서는전체콘덴서시장의 70% 이상을차지하고있는적층세라믹칩콘덴서 (Multi Layer Ceramcic Condenser ; MLCC) 에대해알아보고자한다. Ⅱ. 본론 1. 콘덴서의정의및종류 콘덴서 (Condenser ; Capacitor) 는유전체를전극사이에넣고롤로감은것으로, 콘덴서는유전체의재질과절연물질에따라, 필름콘덴서, 전해콘덴서, 오일콘덴서, 탄탈콘덴서등으로나누어진다. 일반적으로필름콘덴서는저주파, 고주파특성이뛰어나나크기가크고가격이비싼편이다. 전해콘덴서는고용량을저가로만들수있어, 전원부평활용으로많이사용된다. 그리고마이카와세라믹, 폴리스치롤은특히고주파특성이좋아고주파필터에많이사용된다. 콘덴서를축전기라고도하는데, 전기를유전체사이의전극에충전하거나방전하는기능을한다. 콘덴서는직류보다는교류를잘통과시키고, 충전시킨전기를항상일정하게방전하는특성이있어, 직류를차단하고시그널인교류를통과시키는커플링콘덴서, 맥류를완전한직류로만들어주는평활콘덴서에많이사용된다.
세라믹콘덴서의특징은고주파특성이좋고, 열에강하며, 각종온도특성을비교적쉽게구현할수있고극성이없으므로기판장착에도유리하다. 알루미늄전해콘덴서는가격이낮고, 고용량이특징이지만, 고주파대역에서의임피던스가높고형상이크다는결점이있다. 탄탈전해콘덴서는소형으로고용량을얻을수있고, 상온에서정격전압의 60~70% 에서사용하면수명이반영구적인점이장점이나정격전압이낮고, 내전압이낮다는결점을갖고잇다. 필름콘덴서는온도의존성이낮은것이최대의장점이다. 이들콘덴서는이동통신기기및디지털 AV기기등의소형경량화및박형화추세에발맞추어, 소형이며표면실장이가능한칩으로의전화이급속도로진행되고있다. 2. MLCC(Multi Layer Ceramic Condenser) 2-1. MLLC 의용도및분류 용도는다이오드와결합하여평활회로를만들어교류를직류로만드는작용을하며, 이는실제의예를들면 LSI등의동작에의한전압변동과노이즈에대해, 콘덴서에축적되어있는전하를충, 방전함으로써전류를보충하고전압변동을억제하여 LSI의오작동방지역할을한다. 또한, 저항과결합하여필터회로를만들어저주파부분만, 또는고주파부분만을통과시키는작용을하며라디오또는무선통신등의튜너에사용된다. MLCC는온도특성에따라 Class I( 온도보상용세라믹콘덴서 ) 과 Class II( 고유전율세라믹콘덴서 ) 로나뉜다. Class I 에는용량온도계수및온도계수의공차별로 C0G, S2H, T2H 등이있다. 넓은온도범위에걸쳐온도변화가작고비유전율은수백이하로작지만전압의존성, 경시변화가없는우수한특성을나타낸다. Q 값이높고 GHz 대에서사용이가능하므로고주파용으로많이사용된다. Class II 에는유전율은높지만온도안정성이낮은 Y5U과유전율은그리높지않으나온도안정성이좋은 X7R 이있다. MLCC 는통신, 컴퓨터, 가전, 자동차산업이주요시장이며특히 PC, CDMA, PCS, 캠코더, TV, VCR 등디지털제품에많이사용된다. 일반적으로휴대폰에약 150개, PDA에약 200 개, 디지털 TV에약 300개정도가들어간다. 2-2. MLCC 의장점 알루미늄전해콘덴서및탄탈콘덴서에비해 MLCC 의장점은 소형전압이나정격전압이높음. ESR이낮고발열이적음. 극성이없어기판실장시유리함. 절연저항과 breakdown voltage도높음. 가격적으로유리함.
2-3. MLCC 의구조 내부전극과세라믹층이교대로적층되어있고, 내부전극을단자화하기위해외부전극이감싸고있으며표면실장을하기위해 Ni도금및 Solder 도금이되어있다. [ 그림 1] MLCC 의구조 2-4. MLCC 의제조공정 [ 그림 2] MLCC 의제조공정의순서도
3. 업계동향 3-1. 국내시장동향 [ 표 1] 연도별국내시장규모추이 현재대표적인칩부품인칩콘덴서와칩인덕터의경우치열한증산경쟁이벌어지고있다. 삼성전기 (http://www.sem.samsung.com) 는칩콘덴서 칩인덕터 칩저항분야에대대적인투자를단행하고있다. 이회사는칩콘덴서에올해 1300억원을투자해칩콘덴서의생산능력을올초월 40억개에서이달현재월 90억개로 2배이상늘렸다. 또삼성전기는칩인덕터의생산능력을올초월 4500만개에서이달현재월 1억5000만개로 3배이상늘렸으며칩저항도필리핀현지공장의가동에힘입어이달현재월 60억개로확대했다. 삼화콘덴서 (http://www.samwha.com) 는칩콘덴서생산능력을연초월 2억개에서이달현재월 5억개까지늘렸으며삼화전자는 85억원을투자해현재월 4000만개인칩인덕터생산설비규모를오는 12월까지월 1억1000만개로늘릴계획이다. 세라텍 (http://www.ceratech.co.kr) 은칩인덕터생산능력을연초월 3억개에서이달현재 6억개로 2배증설했다. 써니전자 (http://www.sunny.co.kr) 는 50억원을투자해 SMD수정디바이스생산능력을연초월 100만개에서이달현재월 200만개로늘렸다. 부방테크론 (http://www.bubang.com) 은 SMD수정디바이스의생산능력을연초월 20 만~30 만개에서이달현재월 70만개로, 청호전자통신 (http://www.chelcom.co.kr) 은연초월 10만~15 만개에서이달현재월 30 만~40 만개로확대했다.
3-2. 세계시장동향 [ 표 2] 연도별세계시장규모추이 디지털과인터넷의확산에힘입어칩부품시장은 10% 이상의두자릿수성장을보이고있다. 올해적층세라믹칩콘덴서 (MLCC) 와칩인덕터 칩저항등 3대칩부품의세계시장규모는각각 3700억개, 480억개, 5000억개를형성할것으로예상되고있다. 소형화 대용량화추세가급진전되고있는 MLCC의크기와용량이 1005사이즈에서 0603으로, 10μF에서 10~100μF로바뀌고있다. 또칩인덕터는 1005사이즈의비중이날로커지고있으며칩저항은 0603사이즈로전환되는추세를보이고있다. 현재이분야의세계시장을장악하고있는일본업체들은생산설비를계속늘리고있다. 무라타는 MLCC의생산을월 100억개에서 180억개로증설했으며마쓰시타등여타업체들도이분야에대한투자를확대하고있는것으로알려졌다.
Ⅲ. 특허동향 1. 일본 일본연도별출원동향 80 70 60 50 40 30 출원건수 20 10 0 1982 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 일본출원인별동향 MATSUSHITA MURATA KYOCERA TDK TOKIN TAIYO YUDEN ROHM NEC MITSUBISHI TOSHIBA 1982년부터현재까지일본공개특허를대상으로기술분야는 MLCC의원료가되는세라믹파우더제조기술분야와 MLCC의제조공정과관련된장비와고분산및박막성형기술분야에대해조사를수행한결과를바탕으로하고있다. 주요출원인을살펴보면 MATSUSHITA, MURATA, KYOCERA, TDK 등이주요업체들이이고이들업체들이종합부품전문회사로서큰규모를갖고업계를선도하고있다. 세라믹파우더제조기술분야에서는일본의경우교릭스, 사카이, 추지티탄, 일본화학등이파우더제조의원천기술을가지고있으며, 일본의 MLCC 업체자체적으로파우더를제조하고있다. 고분산및박막성형기술분야에서는분산장비나성형장비모두장비업체와 MLCC업체가공동연구를통해, 최적의성능을발휘할수있도록개발하여사용중이며, 꾸준한개선을통해장비의정밀도를향상시키고있다.
2. 미국 미국연도별출원동향 35 30 25 20 15 출원건수 10 5 0 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 미국출원인별동향 Murata TDK Taiyo Yudan Rogers AVX Union Carbide U.S. Philips Matsushita ITT Industries Inc Ferro 1981년부터 2003년까지미국등록특허와 2001년부터 2003년까지미국공개특허를대상으로기술분야는 MLCC의원료가되는세라믹파우더제조기술분야와 MLCC의제조공정과관련된장비와고분산및박막성형기술분야에대해조사를수행한결과를바탕으로하고있다. 주요출원인을살펴보면 Murata, TDK, Taiyo Yodan, Matsushita 등의일본업체들이고, 그밖에 Rogers, AVX, Ferro 등의미국업체들이출원을하고있다. 세라믹파우더제조기술분야에서는미국의경우 Ferro사가파우더제조업체인 TAM ceramic 을인수하여파우더를생산하고있으며, Ferro사의판매전략은파우더뿐만아니라, formulation이완료된조합파우더를자신들의내부전극을사용하여제품화하는공정프로세스조건까지포함하여판매하려는경향이강해지고있다.
3. 한국 한국연도별출원동향 35 30 25 20 15 출원건수 10 5 0 1981 1984 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 한국출원인별동향 무라타삼성전기엘지전자부품다이요유덴마쯔시다티디케이한국과학기술연구원한국전자통신연구소삼화콘덴서금강 1981년부터현재까지한국공개특허를대상으로기술분야는 MLCC의원료가되는세라믹파우더제조기술분야와 MLCC의제조공정과관련된장비와고분산및박막성형기술분야에대해조사를수행한결과를바탕으로하고있다. 주요출원인을살펴보면무라타, 다이요유덴, 마쯔시타, 티디케이등의일본업체가강세를나타내고있고삼성전기, 엘지전자부품, 삼화콘덴서등의국내업체역시큰비중을차지하고있다. 국내파우더제조기술의수준은일본대비 70% 수준이나이또한삼성전기에서독자적으로보유하고있다. MLCC용파우더를개발하려는업체들이생겨나고있으나기술적인수준저하및자금난등어려움을겪고있으며또한실제사용자인 MLCC업체와의기술교류및연대부족으로인해개발및양산이지연되고있다. 고분산및박막성형기술분야에서는국내의경우삼성전기의경우, 자체적으로국산화를진행하여분산장비및성형장비를자체제작하여사용중이고, 아직은수준이선진업체수준에미치지못하고있으며, 이로인해고용량화에많은어려움이있는실정이다.
Ⅳ. 결론 MLCC는다른전자부품과마찬가지로전자부품산업의특성상설계기술, 원재료기술, 제조공정기술, 응용기술등복합적인기술요소와오랜경험에따른노하우가매우많아초기진입시많은시간과지속적인투자가필요하게되는등진입장벽이높다. 특허동향분석에의해칩부품의주요제조사를살펴보면일본의경우 Murata, TDK, Taiyo Yuden, Kyocera 등등의종합부품전문회사들이대부분이며, 국내의경우삼성전기를제외하면삼화콘덴서, 세라텍, 필코전자등중소기업이대부분이기때문에규모면에서큰격차를보이고있는것이현실이다. 그리고, 칩부품의개발및제조에필요한원재료및양산설비의공급능력등의전반적인국내수준이낮기때문에해외의존도가높다. 따라서, 원재료확보를위한기술개발이나, 공정개선을위한기술개발에는반드시설비나장비의개발도포함하여공동으로개발을추진하는정책적배려가필요할것으로생각된다. [ 참고자료 ] - http://www.keti.re.kr - http://audioparts.co.kr - http://www.semipark.co.kr 본리포트에대한상세특허정보DB를신청하고자하거나기타문의사항이있으신분은한국특허정보원 (www.kipi.or.kr) 으로연락주시기바랍니다. Tel : 02-3452-8144 ( 교532) Fax : 02-3453-2966 Homepage : 한국특허정보원 www.kipi.or.kr Kipis 온라인서비스 www.kipris.or.kr 선행기술조사본부 www.chosa.or.kr