MLCC 기술 심층 분석 - 제조공정, 적층기술, 최신 트렌드

MLCC(Multilayer Ceramic Chip Capacitor)는 거의 모든 전자기기에 들어가는 핵심 수동소자로, 흔히 “전자부품계의 소금”이라고 불릴 만큼 필수적인 부품입니다. 

인공지능(AI) 서버, 전장, 5G 인프라 수요 증가로 MLCC 수요가 확대되면서 관심이 쏠리고 있습니다.

그럼 MLCC가 무엇인지 일반인도 쉽게 설명할게요.
아래에서는 MLCC의 구조, 제조공정, 적층기술, 그리고 최신 트렌드까지 기술적으로 정리합니다.

 

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1. MLCC 구조 & 기본 개념

MLCC (Multilayer Ceramic Chip Capacitor)는 세라믹 유전체(dielectric) 층과 내부전극을 수십~수백 겹까지 교대로 적층 한 칩형 커패시터입니다. 전극 사이의 세라믹이 유전체 역할을 하며, 정전용량과 정격전압은 층 수, 층 두께, 유전체 재료에 의해 결정됩니다.

• 유전체: 주로 BaTiO₃ 계 세라믹 (예: X5R, X7R 등 Class II / C0G 등 Class I 계열)
• 내부전극: 과거 Ag–Pd 사용 → 현재는 비용과 공정성을 고려해 Ni(니켈)가 주류
• 외부전극: Ni/Cu 기반 전극 위에 Sn 도금 등으로 솔더링 가능하도록 처리

최근에는 600층 이상 적층된 초고용량 MLCC도 양산되고 있으며, 극소형 패키지(0201, 01005 등)에서도 상당한 용량을 구현할 수 있습니다.

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2. MLCC 제조 공정

회사마다 세부 공정 이름과 조건은 다르지만, MLCC 제조 흐름은 대체로 다음과 같이 공통적입니다.

2-1. 주요 공정 흐름

1. 원료 준비 (Batching & Slurry)
   BaTiO₃ 등 세라믹 분말에 바인더, 용제, 분산제 등을 혼합해 균일한 슬러리 형태로 만듭니다.
2. 테이프 캐스팅(Tape Casting)
   슬러리를 매우 얇게(수 μm 수준) 시트 형태로 캐스팅한 후 건조해 세라믹 그린 시트를 만듭니다.
3. 전극 인쇄(Electrode Printing)
   Ni 기반 내부전극 페이스트를 스크린 프린팅 방식 등으로 그린 시트 위에 패턴 형태로 인쇄합니다.
4. 적층(Stacking) & 라미네이션(Lamination)
   전극이 인쇄된 시트들을 정밀하게 정렬·적층한 뒤, 압력과 열을 가해 하나의 라미네이트 블록으로 만듭니다. 층간 두께 균일성과 적층 정밀도가 최종 성능과 신뢰성에 큰 영향을 줍니다.
5. 가공(Cutting / Bar Forming)
   라미네이트 블록을 원하는 칩 크기(예: 0402, 0603 등)로 절단해 ‘그린 바(green bar)’ 상태의 칩을 얻습니다.
6. 바인더 제거(Debinding)
   저온에서 유기 바인더 성분을 서서히 태워 제거합니다. 균일하게 제거되지 않으면 크랙이나 기공이 발생할 수 있습니다.
7. 소성(Sintering / Firing)
   800~1300°C 수준의 온도에서 환원 또는 중성 분위기에서 소결합니다(특히 Ni 전극을 사용하면 환원 분위기 필요). 이 단계에서 유전체의 미세구조, 수축률, 전기적 특성이 결정됩니다.
8. 연마·모서리 가공(Grinding / Chamfering)
   치수를 정밀하게 맞추고, 모서리를 가공해 기계적·열적 스트레스를 줄입니다.
9. 외부전극 형성(Termination)
   칩 양 끝단에 전극 페이스트(Ag, Ni 등)를 도포하고 소성한 후, Ni/Sn 도금을 통해 솔더 접합성을 부여합니다.
10. 검사·분류·패키징(Testing & Sorting)
    정전용량, 손실(tanδ), 내전압, 온도 특성, 신뢰성 테스트를 진행하고, 규격에 따라 등급 분류 후 테이핑 포장합니다.

각 제조사는 원료 조성, 분산 기술, 캐스팅 조건, 라미네이션 압력·온도, 소결 분위기 등에서 고유한 노하우를 가지고 경쟁력을 확보합니다.

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3. 적층 기술 – 박층화 & 고적층화

3-1. 박층화(Dielectric Thinning)

세라믹 유전체 층을 수십 μm에서 수 μm 이하까지 얇게 만들수록 같은 부피에서 더 큰 정전용량을 구현할 수 있습니다. 그러나 너무 얇아지면 기계적 강도 부족, 절연 파괴, 수명 저하 등의 문제가 발생하기 때문에 다음 요소들이 중요합니다.

• 유전체 입자 미세화 및 균일 분산
• 바인더/용제 시스템 최적화로 균일한 시트 형성
• 소결 과정에서의 입자 성장 제어 및 수축률 제어

3-2. 고적층화(High Layer Count)

층 수를 수백 층 이상으로 늘리면서도 내부 결함 없이 구조를 유지하는 것이 핵심입니다. 고적층화 과정에서 발생 가능한 문제는 다음과 같습니다.

• 내부전극 단선 또는 단락
• 칩 중심부와 외곽부의 소결 불균일(밀도 차이)
• 기계적 휨, 크랙, 굽힘 내성 저하

이를 해결하기 위해 라미네이션 조건 최적화, 그레인 성장 제어용 첨가제 사용, 스트레스 분산 구조(인터포저층, 소프트 터미네이션 등)가 적용됩니다.

3-3. 저 ESL 구조(저 인덕턴스)

고속 스위칭 환경(5G, 서버, GPU, ADAS 등)에서 전원 노이즈를 줄이기 위해 저 ESL(Equivalent Series Inductance) 구조가 중요해지고 있습니다.

• 내부전극 리드 길이 최소화
• 다단 전극 구조 및 전극 패턴 최적화
• 칩 기하구조 및 패키지 구조 개선

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4. 최신 트렌드 & 응용 방향

4-1. 5G·서버·AI·고성능 컴퓨팅

5G 통신장비, 데이터센터 서버, AI 연산용 GPU/CPU 등에서는 전원 라인의 고주파 노이즈 억제를 위해 고용량 + 저ESL MLCC 수요가 빠르게 증가하고 있습니다.

• CPU/GPU 주변 전원 레일에 수십~수백 개 MLCC 병렬 배치
• 저 ESR/ESL 특성으로 고속 부하 변동을 안정적으로 대응

4-2. 자동차용 MLCC (EV, ADAS)

전기차(EV), 하이브리드차(HEV), 자율주행/ADAS 시스템 확대와 함께 자동차용 MLCC는 가장 빠르게 성장하는 분야 중 하나입니다.

• 고온(125~150°C) 환경에서의 안정 동작
• 고전압·고펄스 내전압 요구
• 차량 진동/굽힘 환경에서의 높은 기계적 신뢰성

이를 위해 소프트 터미네이션 구조, 특수 유전체 조성, 강화된 패키징 기술 등이 적극적으로 적용됩니다.

4-3. 고전압·고신뢰 MLCC와 필름 콘덴서 대체

일부 전력 회로에서는 고전압 C0G/X7R 계열 MLCC가 기존 필름 콘덴서를 점차 대체하고 있습니다. 소형화·자동 실장(SMT) 가능·비용 효율 측면에서 장점이 있기 때문입니다.

4-4. 시장 규모 및 수요 트렌드

• 스마트폰·태블릿·노트북 등 모바일 기기
• 5G 및 IoT 관련 통신·네트워크 기기
• 전기차, 자율주행 시스템, 자동차 전장
• 산업용 인버터, 재생에너지, 에너지 저장장치(ESS) 등 파워 일렉트로닉스

이와 같은 애플리케이션 확대로 MLCC 시장은 중장기적으로 안정적인 성장세를 유지할 것으로 예상됩니다.

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5. 주요 기업 & 기술 포지셔닝

기업	강점 분야	특징
Murata	소형·고주파·고신뢰 MLCC	재료부터 공정·검사까지 수직계열화, 모바일·산업·자동차용 전 분야 강세
Samsung Electro-Mechanics	고용량·고적층·서버/5G/자동차용	600층 이상 고적층, 고용량·저ESL 제품, 5G·서버·ADAS용 MLCC에 집중
TDK	고전압·자동차·산업용	고신뢰 C0G/X7R 계열, 고전압/고온 환경용에 강점
Yageo, Walsin, Kyocera 등	범용·중저가·산업용 대량 공급	일반 IT·가전·산업용 MLCC를 대량 공급하며 가격 경쟁력 확보

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6. 요약 및 실무적 관점

MLCC 기술의 핵심은 한 줄로 정리하면 다음과 같습니다.

“얼마나 얇게, 얼마나 많이, 얼마나 안정적으로 쌓을 수 있는가”

실무에서 특히 중요하게 보는 포인트는 다음과 같습니다.

• 유전체 재료 조성 및 슬러리/캐스팅 기술
• 적층 및 라미네이션 정밀도
• 소결 온도·시간·분위기 제어
• 기계적 신뢰성(굽힘·진동·열충격)과 전기적 신뢰성(EM, 누설전류, 수명)

시장 트렌드는 계속해서 고용량, 고전압, 저ESL, 고신뢰(자동차·서버·5G·AI) 방향으로 이동하고 있으며, 이에 맞춰 각 기업들은 재료·공정·구조 설계를 지속적으로 고도화하고 있습니다.