KR100253651B1 - 유전체 세라믹 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 넓은 온도 변화에 걸쳐 유전율의 변화가 적고, 높은 유전 특성을 갖는 유전체 세라믹 조성물에 관한 것이다.

이에 따른 구성은 {100 - (a + b + c)} BaTiO₃+ a(Nb₂O₅, A₂O₅) + b(CoO, Mn₃O₄) + C(SiO₂)로 조성되고, 상기식의 A₂O₅산화물 중에서 A₂는 바나듐(V) 또는 탄탈륨(Ta)중 적어도 1종을 나타내며, 상기 a,b,c는 몰비(mol%)로서 하기식과 같이 0.6≤a≤1.5, 0.2≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.5로 구성됨을 특징으로 하는 유전체 세라믹 조성물에 관한 기술이다.

Description

유전체 세라믹 조성물

본 발명은 유전체 세라믹 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 넓은 온도 변화에 걸쳐 유전율의 변화가 적고, 높은 유전 특성을 갖게하는 것에 관한 것이다.

일반적으로 관통형 콘덴서, 적층형 콘덴서, 압전 재료로서의 세라믹 필터, 기계 필터, 초음파 변환기 및 압전 부저 등의 용도에 유전체 세라믹 재료가 이용되고 있는데, 이러한 유전체 세라믹 조성물은 고주파에 대한 손실을 적게 하기 위하여 유전율을 크게 함과 아울러 넓은 온도 변화에 걸쳐 유전율의 변화가 적을 것이요구되고 있다.

종래의 유전체 세라믹 조성물은 티탄산 바륨(BaTiO₃)에 오산화 니오비움(Nb₂O₅)과 산화 코발트(CoO)를 첨가하고, 유전 특성의 향상을 위하여 산화 망간(MnO₂), 산화아연(ZnO), 산화셀륨(CeO₂) 등의 부성분을 소량 첨가하고 있으며, 이때 BaTiO₃을 제외한 첨가량이 2㏖% 이하가 바람직하다.

초기 개발은 X7R 유전 특성 표 3을 나타내기 위하여 부성분으로 첨가되는 첨가제의 종류와 양에 대한 연구가 주로 이루어졌다고 할 수 있으나 첨가제를 효과적으로 선택하였다 하더라도 혼합분말의 입도 분포와 비표면적에 따라 유전특성의 편차가 발생하는 문제가 있다.

따라서 출발원료를 혼합하고 분쇄하는 공정에 대한 매우 엄격한 관리가 필요하나 첨가제가 복합첨가될 경우에는 혼합분말의 입도만으로는 그 특성을 제어하기가 힘들다.

높은 유전상수를 얻고 소결후 작은 입자크기를 얻기 위해서는 혼합분말의 입자크기를 0.7㎛ 이하로 유지하는 것이 바람직하다.

그러나 종래의 경우 복합첨가계에서 작은 입자크기는 소결성의 증가로 유전율은 증가시키나 첨가제의 효과적인 분산이 어렵기 때문에 유전율의 TCC 특성(125℃ 고온과 -55℃ 저온에서)이 X7R 규격을 벗어나는 문제가 있으며 이와 반대로 혼합분말의 입자크기가 1.5㎛ 이상으로 커지게 되면 유전상수가 감소한다.

한편 국내 특허 공보 89-2807호에서는 BaTiO₃-Nb₂O₅-MgO₂혼합 조성물에 관한 것이 알려져 있고, 국내 특허 공보 91-1778호에서는 BaTiO₃-PbSnO₃-ZnO 혼합 조성물이 알려져 있다.

그러나 이들의 유전 특성이 각 각 2,000, 1,800~2,400 정도에 불과하다.

상기한 유전체 세라믹체는 일반적으로 혼합물을 분쇄, 건조하고 성형한 후 소성하여서 얻어진다.

본 발명은 상기한 BaTiO₃-Nb₂O₅-CoO계에서 작은 입도 크기에 따른 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 여기에 타 성분을 적절히 배합함으로서 작은 입자 크기 및 비표면적에 구애 받지 않으면서 온도변화에 따른 유전율의 변화가 적고, 향상된 유전 특성을 갖는 유전체 세라믹 조성물을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하기의 식으로 표시되는 유전체 세라믹 조성물로 구성된다.

{100 - (a + b + c)} BaTiO₃+ a(Nb₂O₅, A₂O₅) + b(CoO, Mn₃O₄) + C(SiO₂).

상기식 A₂O₅중에서 A₂는 바나듐(V) 또는 탄탈륨(Ta)중 적어도 1종을 나타내는 산화물로 되며, 상기식의 함량은 ㏖%로 나타낸 것으로 a,b,c는 하기의 수학식을 만족 시킨다.

0.6≤a≤1.5, 0.2≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.5

a로 표시되고 있는 Nb₂O₅에서는 그 첨가량이 너무 적으면 반도성의 특성이 나빠짐과 함께 소결 온도가 높아지는 단점이 있고, 너무 많으면 A₂O₅량이 적게 된다.

특히, 본 발명은 Nb₂O₅와 A₂O₅를 혼합함으로서 작은 입자 크기에서도 EIA(Electronic Industries Association)Standard 규격을 만족시키는 X7R 유전체 세라믹을 얻을 수 있다.

b로 표시되고 있는 CoO 와 Mn₃O₄는 DF특성 향상을 위해 첨가 되는 것으로, 상기 적정량을 벗어나면 TCC 특성이 X7R규격을 벗어날 수 있으며, C로 표시되는 SiO₂의 경우는 유전상수의 증가를 위해 첨가되나 과량 첨가될 경우 액상 소결을 촉진시켜 소결후 입자가 커지는 문제가 있다.

표 1은 혼합분말의 입도와 비표면적을 나타낸 것으로, 상기식에 따른 조성물을 적정하게 조절하여 칭량한 후 Planetary milling과 Ball milling의 2가지 milling방법을 이용하여 혼합 분말의 입도를 조절한 후 성형 및 소결 방법으로 이루어진다.

milling media는 3mm 지르코니아 볼(Zircornia Ball)을 이용하였다.

이때 상기식의 a는 1.0, b는 0.5, c는 0.3이고, 나머지는 BaTiO₃로 하였다.

혼합 분말에 따른 입도 및 비표면적

milling type	condition	PSD(㎛)	BET(㎡/g)
planetary milling	30 min, 200rpm	1.1	2.2
	120 min, 200rpm	0.5	5.8
ball milling	8hr, 80rpm	1.3	1.3
	24hr, 130rpm	0.7	3.3

다음은 실시예에 따라 설명한다.

상기 표 1과 관련한 제조방법에 따른 혼합 분말을 얻고 여기에 PVC 1%를 넣어 과립화 하여 이를 12㎜의 원통형 금형에 넣고 1.5ton/㎠의 압력으로 성형하여 직경 10㎜, 높이 약 1㎜크기를 갖는 disk type 의 성형체를 제작하였다.

이렇게 얻어진 성형체를 튜브로(tube furnace)를 이용하여 1,300℃로 소결하였다.

유전 특성의 측정은 소결체의 양면에 은 페이스트(Ag Paste)를 발라 790℃에서 20분간 유지하였다.

본 발명은 실험 결과 표 2와 같이 나타났다.(실시예 1~4)

본 발명과 비교하기 위해 상기 실시예에서 언급된 조성물 중 A₂O₅첨가제를 사용하지 않은 것만을 제외하고 실시예와 동일한 방법으로 제조하였다.

		milling	1㎑, 1V	TCC(%)
		type	조건(hr/rpm)	K	DF(%)	-55℃	125℃
실시예	1	Planetary millimg	0.5/200	3394	1.1	-10.9	-2.9
	2		2/200	3562	0.8	-4.0	-6.7
	3	ballmilling	8/80	3253	1.0	-11.9	-6.7
	4		24/130	3651	0.7	-8.8	-1.4
비교예	1	Planetary millimg	2/200	3836	1.4	-26.3	-14.1
	2	ballmilling	24/130	3411	1.2	-17.4	-5.6

상기 표 2의 실시예 1 및 3은 표 1에서의 입자 크기 1.1과 1.3 및 비표면적 2.2와 1.3에 대한 유전 특성을 나타낸 것이고, 실시예 2 및 4와 비교예 1 및 2는 표 1에서의 입자 크기 0.5와 0.7 및 비표면적 5.8과 3.3에 대한 유전특성을 나타낸 것이다.

이에 나타난 바와 같이 큰 입자의 경우(실시예 1,3)에 비해 작은 입자의 경우(실시예 2,4)가 특성이 좋음을 알 수 있다.

특히 작은 입자의 경우에서 A₂O₅를 첨가한 실시예(2,4)는 A₂O₅를 첨가하지 않은 비교예 (1,2)에 비해 EIA규격을 만족시키는 X7R 유전체 세라믹을 얻을 수 있었다. 뿐만아니라 작은 입자의 경우인 비교예(1,2)에 비해 A₂O₅를 첨가한 큰 입자의 경우인 실시예(1,3)가 TCC규격을 더 만족 시키고 있음을 알 수 있다.

따라서 본 발명은 입자 크기의 구애 없이 특히, 작은 입자의 크기로 인하여 TCC 특성이 X7R 규격을 벗어나는 것을 억제해 주며 X7R 규격을 만족하는 TCC값과 보다 낮은 손실값을 갖게하는 유전체 세라믹을 얻게 된다.

EIA(Electronic Industries Assouiation)Standard

LowTemp.(℃)	Simbol	HighTemp.(℃)	Simbol	Maximum Capacitancechange over Temp.range	Simbol
-55	X	+45	2	±1.0	A
-30	Y	+65	4	±1.5	B
+10	Z	+85	5	±2.2	C
	+105	6	±3.3	D
	+125	7	±4.7	E
Example	±7.5	F
X7R	±10	P
Low Temp.	Hige Temp.	±15	R
-55℃	+125℃	±22	S
Max. Capacitance change overTemperature range	+22, -33	T
	+22, -56	U
±15	+22, -82	V

Symbol	SignificantFigureof temp. coeffcapacitance(ppm/℃)	Toleranceof temp.coefficient(ppm)	Symbol	SignificantFigureof temp. coeffcapacitance(ppm/℃)	Toleranceof temp.coefficient(ppm)
M7H	±100	±60	S1G	-33	±30
S6G	±33	±30	U1G	-75	±30
C0G	0	±30	P2G	-150	±30
C0H	0	±60	R2G	-220	±30

이상에서와 같이 본 발명은 BaTiO₃, Nb₂O₅, CoO계 유전체 세라믹 조성물에 타성분 특히, A₂O₅로 표시되는 V₂0₅또는 Ta₂O₅의 산화물을 배합하므로서 작은 입도의 혼합 원료가 효과적으로 분산됨과 함께 넓은 온도 변화에 따른 유전율 변확가 적고, 높은 유전 특성을 갖는 유전체 세라믹을 얻게 된다.

Claims (1)

1. {100 - (a + b + c)} BaTiO₃+ a(Nb₂O₅, A₂O₅) + b(CoO, Mn₃O₄) + C(SiO₂)로 조성되고, 상기식의 A₂O₅산화물 중에서 A₂는 바나듐(V) 또는 탄탈륨(Ta)중 적어도 1종을 나타내며, 상기 a,b,c는 몰비(㏖%)로서 하기식과 같이 0.6≤a≤1.5, 0.2≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.5로 구성됨을 특징으로 하는 유전체 세라믹 조성물.