멀티레이어 세라믹 콘덴서 이미지
애플리케이션—멀티레이어 세라믹 콘덴서 유전체 두께 계측
콘덴서란?
콘덴서는 다양한 전자기기에 적용되고 있는 중요 수동 구성부품 중 하나입니다. 이 부품은 기본적으로 즉각적인 전기 저장 및 방전 기능을 수행합니다.
콘덴서는 절연체와 서로 마주보는 2개의 금속판으로 구성되어 있습니다. 금속 판에 전압이 공급되면 양전하와 음전하가 금속 판으로 흐르게 되지만, 절연체가 전기 전류의 흐름을 차단합니다. 양전하와 음전하는 서로 끌리는 속성을 가지고 있지만, 전기 전류의 흐름이 차단되어 있기 때문에 금속판에 전하가 축적됩니다. 이와 같은 축적은 전하가 한계에 도달하면 멈춥니다. 한계까지 축적된 전하의 양은 '정전 용량'이라고 합니다. 정전 용량은 금속판의 크기, 금속 판 사이의 거리, 절연체 소재에 따라 달라집니다.
정전 용량이 클수록 다음과 같은 특성을 가지게 됩니다.
- 금속판(또는 '전극')의 표면적이 클수록 그리고 급속판 사이의 거리가 작을수록
- 절연체(또는 '유전체')의 유전 상수가 클수록(양전하와 음전하로의 분극이 용이할수록)
전도 회로가 충전된 콘덴서의 금속판과 접촉하면 전기가 바로 방전됩니다. 이외에도 콘덴서는 교류 전류만을 방출하는 특성을 통해 전기 회로의 전압을 안정시키는 기능을 가지고 있습니다.
콘덴서의 또다른 기능은 고주파수 교류 전류를 쉽게 통과할 수 있는 특징을 통해 전기 회로의 노이즈를 제거할 수 있다는 특성입니다.
콘덴서 종류 및 MLCC의 확대
위에서 소개한 속성과 기능을 가지는 몇 종류가 있으며, 이들은 세부 특성에서 차이를 가지고 있습니다. 높은 정전 용량을 가지는 전해질 콘덴서, 온도 변화에 따라 정전 용량이 변하는 필름 콘덴서, 고주파수 속성을 가지는 소형 세라믹 콘덴서 등이 존재합니다.
최근에는 다층 세라믹 콘덴서(MLCC)가 많은 관심을 받고 있습니다. 라미네이트 전극과 유전체의 수를 늘려 더 큰 용량을 얻는 콘덴서 기술이 실현됨에 따라 MLCC은 모바일 기기부터 자동차에 이르는 다양한 분야에서 광범위하게 사용되고 있습니다. 이에 더해 전세계적으로 확대될 것으로 예상되는 5G 장비에도 대량의 MLCC이 적용될 예정입니다. 이로 인해 작은 크기와 큰 용량을 가지는 MLCC의 수요가 증가할 것입니다.
최대한 얇은 MLCC 레이어의 필요성
앞서 설명한 것과 같이 콘덴서의 용량은 전극의 표면적에 비례하고 유전체의 폭에 반비례합니다. 이에 따라 크기는 작지만 용량은 큰 MLCC에서 원하는 성능을 얻기 위해서는 얇은 전극과 유전체 레이어를 필요로 합니다.
다층 세라믹 콘덴서의 내부 개념도
현재 전극 및 유전체 레이어의 두께는 수 마이크로미터 수준으로, 이렇게 미세한 두께를 관리하는 것은 품질 관리 공정에 있어 매우 중요한 요소입니다. 이를 위해 미세 해상도로 레이어 두께를 계측할 필요가 있습니다.
DSX1000 디지털 현미경을 통한 콘덴서 전극 및 유전체 레이어 두께 계측
[1] 마이크로 및 매크로 배율 사이의 빠른 전환
MLCC 전극과 유전체의 두께를 계측하는 첫 단계는 계측 부분의 개요를 얻는 것입니다. 이러한 개요는 저배율의 넓은 시야를 확인하는 것을 진행됩니다. 계측할 부위를 결정한 후 계측에 적합한 배율로 변환할 수 있습니다. 샘플에 따라 확대를 통해 배율을 증가하는 것이 일반적이며, 특정 수준의 배율까지 확대하는 것으로 계측하는 것이 가능할 수도 있습니다. 그러나 확대를 통해 배율이 늘어나도 이미지 품질이 향상되지는 않습니다. 즉, 눈에 보이지 않는 것은 보이지 않습니다.
이미지 품질의 향상은 대물 렌즈의 해상도에 따라 결정되기 때문에 계측에 사용되는 배율이 개요에 사용된 배율과 큰 차이가 있을 경우 대물 렌즈를 교체해야 합니다. 대다수의 기존 디지털 현미경은 대물 렌즈를 교체할 때 카메라와 케이블을 분리한 후 다시 연결해야 합니다. 이 때 선택한 계측 부위를 잃게 되는 불편함이 발생하기도 합니다.
Olympus DSX1000 디지털 현미경의 경우 이와 달리 줌 헤드에 최대 2개의 대물 렌즈를 동시에 장착할 수 있습니다. 즉 계측 부위를 잃지 않고 전방 대물 렌즈와 후방 대물 렌즈를 앞뒤로 슬라이드 하는 것으로 교체하는 것이 가능합니다.
이와 유사하게 장착된 대물 렌즈 중 하나를 장착되지 않은 렌즈로 교체하고자 하는 경우 렌즈를 헤드에 고정하는 장착부를 슬라이드 하는 것으로 교체가 가능합니다. 이를 통해 시야는 항상 계측 부위를 유지합니다.
그리고 10x의 확대/축소 비율을 가진 전동 광학 확대/축소 기능이 탑재되어 있기 때문에 콘솔에 위치한 컨트롤 노브를 돌리는 것으로 쉽게 배율을 변경할 수 있습니다.
이러한 기능들을 갖춘 Olympus DSX1000 디지털 현미경은 높은 해상도를 가진 배율을 쉽게 선택할 수 있습니다.
저배율(700X)에서 계측하고자 하는 위치의 개요 획득
계측 영역을 설정한 후 계측에 적합한 배율(2500X)로 배율 증가
유전체와 전극의 계면이 선명하게 보입니다.
[2] 여러 이미지를 비교하여 최적의 관찰 방식 선택—멀티 미리보기 기능
현미경은 다양한 관찰 방식을 가지고 있습니다. 현미경 관찰이 익숙하지 않은 사람에게는 MLCC의 전극 및 유전체 라미네이트 상태를 관찰하는데 가장 적합한 방식을 바로 선택하는 것이 쉽지 않습니다. 하지만 DSX1000 현미경은 화면에 사용 가능한 모든 관찰 방식을 사용하여 얻은 샘플 이미지를 동시에 표시하는 것이 가능합니다. 사용자가 관찰하기 가장 편한 이미지를 선택하면 현미경은 해당 관찰 방식을 설정합니다. 즉, 관찰 방식에 대해 고민하며 시간을 낭비하지 않고 누구나 계측을 실행할 수 있습니다.
멀티 미리보기 이미지 예시
이 다층 세라믹 콘덴서 단면 샘플의 경우, 편광화가 가장 선명한 이미지를 제공합니다.
[3] 분석을 위한 다양한 보기 옵션을 제공하는 계측 화면
전극 레이어 두께 계측 화면
전국과 유전체는 색조 대비에서 서로 다른 특징을 가지고 있습니다.
이러한 차이를 프로필과 함께 표시하면 전극과 유전체 레이어의 두께를 계측할 수 있을 뿐만 아니라 아무 위치에서나 다양한 계측을 실행하는 것이 가능해집니다.
