KR100280337B1 - 절연 세라믹 조성물 및 이를 이용한 세라믹 인덕터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 SiO2로 환산하여 산화규소 62~75중량%;
BaCO3로 환산하여 산화바륨 4~22중량%;
Al2O3로 환산하여 산화 알루미늄 0.5~2.5중량%;
Cr2O3로 환산하여 산화크롬 0~0.8중량%;
CaCO3로 환산하여 산화칼슘 0.2~0.8중량%;
B2O3로 환산하여 산화붕소 8~18중량%; 및
K2O로 환산하여 산화칼륨 0~2.5중량%
를 포함하는 절연 세라믹 조성물, 및 상기한 절연 세라믹 조성물로 구성된 세라믹 인덕터에 관한 것이다.
Description
본 발명은 세라믹 조성물에 관한 것으로, 특히 절연 세라믹 조성물 및 이를 이용한 세라믹 인덕터에 관한 것이다.
일반적으로, 전자기기와 장비의 소형화는 전기회로를 구성하는 전기부품이 실장된 세라믹 기판의 이용에 의해 실현된다. 실장밀도를 증가시키기 위한 노력은, 내부회로들과, 예를 들어, 커패시터와 인덕터 등의 전자회로 부품들을 내재하는 다층 세라믹 기판의 발전으로 향해지고 있다. 다층 세라믹 기판들은 산화알루미늄("알루미나")으로 구성된다.
알루미나가 1500~1600℃의 높은 소결온도를 갖기 때문에, 알루미나는 대량의 소성 에너지를 요구한다. 게다가, 알루미나는, 알루미나의 소성을 견디어 내는 예를 들어, 텅스텐(tungsten)과 몰리브덴(molybdenum) 등의 고용점의 재료로 구성된 내부도체들을 필요로한다. 상기 결과는 전류 용량을 제한하는 내부회로들의 고저항이다.
JP(일본 특허)-A-4-16551호 공보에는, 저온에서 소결하는 기판용 재료가 제안되어 있다. 주로 SiO로 구성되는 세라믹 조성물은, 940~1000℃ 범위의 상대적으로 저온에서 소성될 수 있으며, 이것은 구리로 구성된 내부도체를 허락한다. 불행히도, 구리는 환원성 또는 비산화성 소성 분위기를 요구한다. 이 불리한 점은 구리 대신에, 고온, 대기중에서도 산화되지 않은 은(silver)을 사용함으로써 제거될 수 있다. 그러나, 은은 900℃ 미만(lower)의 온도에서 세라믹 조성물을 소성할 수 있게 한다.
본 발명의 목적은, 최적소성온도범위가 크고, 900℃ 미만의 온도에서 소성할 수 있으며, 고절연저항 및 저유전율을 갖는 세라믹 생산품을 얻는 절연 세라믹 조성물을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 상기한 세라믹 조성물로 구성된 세라믹 인덕터를 제공하는 것이다.
제1도는 본 발명에 속하는 세라믹 인덕터의 한 실시예를 나타내는 사시도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 세라믹 인덕터 2 : 절연 세라믹
3 : 코일상 내부도체 4 : 외부전극
본 발명의 제 1 양상은
SiO2로 환산하여 산화규소 62~75중량%;
BaCO3로 환산하여 산화바륨 4~22중량%;
Al2O3로 환산하여 산화 알루미늄 0.5~2.5중량%;
Cr2O3로 환산하여 산화크롬 0~0.8중량%;
CaCO3로 환산하여 산화칼슘 0.2~0.8중량%;
B2O3로 환산하여 산화붕소 8~18중량%; 및
K2O로 환산하여 산화칼륨 0~2.5중량%
를 포함하는 절연 세라믹 조성물에 있다.
본 발명의 제 2 양상은, 세라믹 소결체; 상기 세라믹 소결체에 인덕터로서 형성된 내부도체; 및 상기한 세라믹 소결체의 외표면에 형성되며, 상기한 내부도체에 전기적으로 접속된 외부전극들을 구비한 유형의 세라믹 인덕터에 있으며, 상기한 세라믹 소결체는
SiO2로 환산하여 산화규소 62~75중량%;
BaCO3로 환산하여 산화바륨 4~22중량%;
Al2O3로 환산하여 산화 알루미늄 0.5~2.5중량%;
Cr2O3로 환산하여 산화크롬 0~0.8중량%;
CaCO3로 환산하여 산화칼슘 0.2~0.8중량%;
B2O3로 환산하여 산화붕소 8~18중량%; 및
K2O로 환산하여 산화칼륨 0~2.5중량%
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 하기의 실시예들을 참조하여 본 발명을 설명한다.
[실시예 1]
출발재료로서 산화규소(silicon oxide), 탄산바륨(barium carbonate), 산화 알루미늄(aluminum oxide), 산화크롬(chromium oxide), 탄화칼슘(calcium carbonate), 산화붕소(boron oxide), 및 산화칼륨(potassium oxide)을 표 1에 나타낸 비율로 함께 혼합한다. 얻은 혼합물을 볼밀(ball mill)을 이용하여 습식혼합함으로써 분쇄한 후, 탈수, 건조 후 800~900℃에서 하소한다. 하소된 분말을 다시 볼밀을 이용하여 습식혼합하여 분쇄시켜서, 조정분말(prepared powder)을 얻었다.
조정분말을 물 또는 유기 용매(바인더로서)와 혼합하여 슬러리를 얻었으며, 다음에 이 슬러리를 닥터 블레이드법(doctor blade process)에 의해 그린시트(1mm 두께)로 형성하였다. 이 그린 시트를 정사각형 조각(가로 10mm, 세로 10mm)으로 절단하였다. 은분말과 유기 담체(organic vehicle)의 무게가 80:20의 비율로 이루어진 은 페이스트로 인쇄함으로써, 각 조각의 양면들을 도포하였다. 이 도포된 조각을 850~950℃에서 대기중에서 90분동안 소성하였다.
상술한 바와 같이 얻은 시료들의 독특한 성질을 시험하였다. 유전율과 절연 저항을 임피던스 분석기(impedance analyzer)와 IR계(IR meter)로 측정하였고, 요절강도(flexural strength)를 강도계(strength tester)로 측정하였다.
자동 브리지식 측정기(automatic bridge tester)를 이용하여 1kHz, 1Vrms, 25℃에서 측정한 정전용량(C)으로부터, 유전율(ε)을 산출하였다. 절연저항계(insulation resistance tester)를 이용하여 16V dc를 25℃에서 2분간 인가함으로써, 절연저항(R)을 측정하였다. 3점 굴곡법(3-point bending method)에 의해 요절 강도를 측정하며, JIS에 따라 요절강도를 산출하였다. 얻은 결과를 표 1에 나타내었다.
표 1에 나타낸 최적소성온도(optimum firing temperature)는, 최대수축율(maximum shrinkage)에 도달한 소성온도이다(수축율은, 온도가 증가함에 따라 발생하는 바인더의 증발과 소결에 기인한다). 표 1에 나타낸 최적소성온도범위는 상술한 최적소성온도를 중심으로 상한선과 하한선간의 차이이며, 상기한 하한선은 최적 소성온도의 수축율보다 수축율이 0.5% 더 큰 온도이며, 상한선은 시료의 땜납성이 불량해지기 시작하는 온도이다.
땜납성(solderability)을 시험하기 위해, 시료를 150℃에서 20초동안 예열한후, 은전극의 표면을 염소계 플럭스(flux)로 도포하면서, 납-땜납 바스(bath)에 230±10℃에서 2초동안 담근다. 육안으로 보았을 때, 은전극 표면의 90% 이상이 땜납으로 도포된 경우 땜납성이 양호하다고 평가되며, 그렇지 않으면 불량한 것으로 평가된다. 부수적으로, 본 발명에 속하지 않는 시료들은 표 1에서 별표로 표시된다.
본 발명에 따라서, 절연 세라믹 조성물의 구성성분들의 비율은 하기에 제시한 이유로 인해 제한된다.
SiO2가 62중량% 미만(less than)인 경우에는, 시료는 6 보다 큰(greater than) 유전율을 갖으며, 이것은 시료번호 1에 나타낸 바와 같이, 고주파수용 전자회로의 특성에 악영향을 미친다.
SiO2가 75중량% 이상(more than)인 경우에는, 시료번호 22에서와 같이, 시료를 900℃ 보다 높은 온도에서 소성시킬 필요가 있다.
BaCO3가 4중량% 미만인 경우에는, 시료번호 20에서와 같이, 시료는 820kg/㎠의 저요절강도를 갖으며, 시료를 900℃보다 높은 온도에서 소성시킬 필요가 있다.
CaCO3가 22중량% 이상인 경우에는, 시료는 시료번호 2에서와 같이, 6보다 큰 유전율을 갖는다.
시료번호 7에서와 같이 Al2O3가 0.5중량% 미만인 경우, 또는 시료번호 15에서와 같이 Al2O3가 2.5중량% 이상인 경우에는, 시료는 900℃보다 높은 온도에서의 소성을 요구한다.
Cr2O3가 0.8중량% 이상인 경우, 시료는 시료번호 6에서와 같이 절연저항이 낮다.
CaCO3가 2중량% 미만인 경우에는, 시료는 최적소성온도범위가 좁다(15℃ 미만)를 갖는다.
CaCO3가 0.8중량% 이상인 경우에는, 시료는 시료번호 7에서와 같이 900℃보다 높은 온도에서의 소성을 요구한다.
B2O3가 8중량% 미만인 경우에는, 시료는 시료번호 22에서와 같이 900℃보다 높은 온도에서의 소성을 요구한다.
B2O3가 18중량% 이상인 경우에는, 시료는 시료번호 20에서와 같이 절연저항이 낮다.
K2O가 2.5중량% 이상인 경우에는, 시료는 시료번호 8에서와 같이 절연저항이 낮다.
그 사이에, 이 실시예의 전극용 은(silver)은, 은 합금 또는 은-팔라듐 합금으로 교체될 수 있다.
[실시예 2]
이 실시예에서는 실시예 1의 세라믹 조성물로 구성된 세라믹 인덕터를 설명한다.
실시예 1에서 준비된 슬러리를 닥터 블레이드법에 의해 그린시트로 형성하였다. 그린시트의 한쪽 표면위에, 은-팔라듐 합금의 도전성 페이스트로부터 도체패턴을 인쇄함으로써 형성되어, 인쇄된 그린시트가 차곡차곡 배치되는 경우 도체패턴은 이들 적층체 내에 코일상의 도체를 이들중의 비아홀들을 통과하여 구성한다. 그린 시트들의 적층체를 대기중에서 860℃에서 1 시간동안 소성하여, 브스크 웨어를 얻었다.
비스크 웨어(bisque ware)의 외표면에는, 은도금된 아밀감의 제 1층과, 니켈 전기도금의 제 2층, 및 주석 도금의 제 3층으로 구성된 외부전극이 형성된다. 외부 전극은 코일상의 내부도체에 전기적으로 접속된다.
도 1은 상술한 바와 같이 얻은 세라믹 인덕터의 한 실시예의 사시도이다. 도 1에는, 세라믹 인덕터 1, 절연 세라믹 2, 코일상의 내부도체 3, 및 외부도체 4가 도시되어 있다. 절연 세라믹(비스크 웨어)은, 본 발명의 SiO2-BaO-B2O3의 절연 세라믹 조성물로 구성된다.
상기 세라믹 조성물이 저온에서 소성할 수 있기 때문에, 내부도체는 도전성이 높은 은이 풍부한 합금으로 구성될 수 있다. 그러므로, 얻은 칩형의 세라믹 인덕터는 고주파수 범위용으로 적합하다.
세라믹 시트 표면 위에 내부도체패턴을 형성하는 재료로는, 은, 또는 예를 들어, 은-팔라듐 합금 등의 은 합금일 수 있다. 패턴형성법은 인쇄, 도포, 진공증착법, 및 스퓨터링(sputtering) 중에서 어느 하나 일 수 있다.
외부 전극을 형성하는 재료는 (상술한) 은 이외에도, 은-팔라듐 합금 또는 니켈 및 구리와 같은 이런 금속(또는 이것의 합금)일 수 있다. 인쇄, 진공 증착법, 또는 스퓨터링은 외부전극을 형성하는데 이용될 수 있다. 적층체의 말단표면에 형성된 외부전극은 적층체의 소성과 동시에 소성될 수 있다.
세라믹 인덕터 1의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 게다가, 코일의 권회수가 특별히 한정되지 않는다. 바람직한 권회수는 내부도체패턴을 수행하는 절연 세라믹층 2의 개수를 적절히 선택함으로써 설정될 수 있다.
이 실시예는 한 개의 인덕터를 갖는 세라믹 인덕터를 나타내지만, 동일한 생각이 예를 들어, 변압기 및 LC 필터 등의 세라믹 인덕터의 복합부품에 적용될 수 있다.
본 발명의 절연 세라믹 조성물은 900℃ 미만의 온도에서 대기중에서 소성할 수 있다.
본 발명의 절연 세라믹 조성물은, 최적소성온도범위가 넓어서, 로트노(batch furnace) 또는 연속소성노내의 온도가 변동하는 경우에도, 양품을 얻는다. 그러므로, 상업적 대량생산에 적합하다.
본 발명의 절연 세라믹 조성물은 고절연저항, 저유전율, 및 고요절강도를 갖는 세라믹 생산품을 얻는다.
본 발명의 세라믹 인덕터는, 본 발명의 절연 세라믹 조성물로 구성되기 때문에, 은 또는 은 합금의 내부도체를 갖는다.
본 발명의 세라믹 인덕터는 높은 자기공진주파수(self-resonance frequency) 와 높은 Q(품질 인자; quality factor)를 갖는다.
Claims (2)
- SiO2로 환산하여 산화규소 62~75중량%;BaCO3로 환산하여 산화바륨 4~22중량%;Al2O3로 환산하여 산화 알루미늄 0.5~2.5중량%;Cr2O3로 환산하여 산화크롬 0~0.8중량%;CaCO3로 환산하여 산화칼슘 0.2~0.8중량%;B2O3로 환산하여 산화붕소 8~18중량%; 및K2O로 환산하여 산화칼륨 0~2.5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 세라믹 조성물.
- 세라믹 소결체; 상기 세라믹 소결체에 인덕터로서 형성된 내부도체; 및 상기한 세라믹 소결체의 외표면에 형성되며, 상기한 내부도체에 전기적으로 접속된 외부전극들을 구비한 유형의 세라믹 인덕터로서, 상기한 세라믹 소결체는SiO2로 환산하여 산화규소 62~75중량%;BaCO3로 환산하여 산화바륨 4~22중량%;Al2O3로 환산하여 산화 알루미늄 0.5~2.5중량%;Cr2O3로 환산하여 산화크롬 0~0.8중량%;CaCO3로 환산하여 산화칼슘 0.2~0.8중량%;B2O3로 환산하여 산화붕소 8~18중량%; 및K2O로 환산하여 산화칼륨 0~2.5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 인덕터.
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