KR100346029B1 - 저손실 고주파 유전체 조성물 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저손실 고주파 유전체 조성물에 관한 것으로서, BMT[Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃]에 Ba₇Ta₆O₂₂, BaTaO_3.5, Ba₅Ta₄O₁₅, Ba_0.5TaO₃등과 같은 BaO-Ta₂O₅이원계 화합물을 첨가한 유전체 조성물을 제공한다. 이러한 유전체 조성물은 소성공정의 온도를 1400∼1550℃ 범위로 낮출 수 있으면서도 품질계수가 우수한 BMT계 유전체 조성물을 제공할 수 있다.

Description

저손실 고주파 유전체 조성물 및 그 제조 방법{A low loss microwave dielectric composition and a method of preparing the same}

본 발명은 저손실 고주파 유전체 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 높은 유전상수 및 품질계수(Q×f_o)를 가지며 비교적 저온에서도 소성가능한 BMT 조성물에 관한 것이다.

이동 통신 및 위성 방송 등 고주파를 이용한 통신 시스템의 보편화에 따라 고주파 대역에서 동작하는 부품의 산업적 중요성이 부각되고 있다. 고주파 부품으로서 능동부품으로는 반도체를 이용한 저잡음 증폭기, 출력 증폭기, 믹서 등이 있으며, 수동부품으로는 여러 형태의 필터가 있다. 고주파 대역에서 필터를 구성하는 소자로는 커패시터나 인덕터 외에도 전송선, 유전체 공진기 등이 이용되고 있다. 이들 중에서 유전체 공진기를 이용하는 부품은 안테나 공용기, 대역 통과 필터, 발진기 등이 있으며, 이것은 다른 소자로 구성되는 경우에 비해 우수한 주파수의 온도 안정성, 저손실, 고신뢰성 등의 특징이 있으므로 현재 셀룰러 이동 통신단말기의 핵심 부품으로 이용되고 있다.

현재 고주파 통신 부품의 개발 방향은 소형화, 박형화, SMD(surface mount device)화, 고성능 고주파화, 저전압 저전력화 등인데, 이를 위해서는 유전체 재료의 특성으로 유전율이 커야 하며 손실이 적어야 한다. 또한 상업적으로는 소형화가가능하며, 값이 싸고, 견고하며, 튜닝이 가능하고, 광대역 발진, 낮은 전원, 높은 온도안정성, 낮은 위상 잡음 등의 조건을 갖춰야 한다. 또한 근래 통신 주파수의 고주파화에 따라 더욱 높은 품질계수의 재료가 요구되고 있다. 그 예로 고주파 유전체 재료를 X-band(10GHz∼12GHz)대역에서 공진기로 응용하기 위해서는 유전율이 30이상, 품질계수(Q×f_o) 값이 40,000GHz이상이고 공진주파수의 온도계수가 ±10ppm/℃이어야 한다. 지금까지 개발되어 X-band 영역에서 상용화된 재료는 BaTi₄O₉,(Zr,Sn)TiO₄등이 있으나, 최근 통신 부품의 디지털화가 추진됨에 따라 더 높은 품질계수(Q×f_o)값을 갖는 재료가 필요하게 되었다.

A(B' B" )O₃으로 표현되는 복합 페로브스카이트 재료는 저손실을 갖는다는 특징 때문에 그 동안 고주파 유전체 재료로 많이 연구되어 왔다. 이 중에서 Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃[BMT]와 Ba(Zn_1/3Ta_2/3)O₃[BZT]는 고주파 유전체 공진기 재료로서 특히 많이 연구되어 왔고, 높은 품질계수(Q×f_o)값을 나타낸다.

이 중에서 BZT는 X-band 대역에서 적용이 가능하나 제조 공정상에서 ZnO가 휘발하는 문제점이 있으며, 원하는 특성을 얻기 위한 제조 공정이 매우 까다로워 유전 특성의 재현이 어려워 실제 적용이 어렵고, BMT에 비해 상대적으로 품질계수(Q×f₀)값이 낮다는 단점이 있다.

한편 BMT는 유전 상수가 25, 품질계수(Q×f₀)가 100,000GHz 이상, 공진 주파수의 온도계수(TC_f)가 2.7 ppm/℃로서 공진기와 같은 마이크로파 통신 부품으로 아주 적합한 재료이지만, 높은 품질계수를 얻기 위해서 이론 밀도에 가까운 소결 밀도를 얻어야 하므로 유전체 세라믹 제조시 1650∼1700℃ 이상의 비교적 높은 온도의 소성 공정을 거쳐야 한다. 따라서, 세라믹 제조시 비용이 많이 들어 상업적으로 유용하지 않다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 다른 연구자들은 BMT에 Mn, BaWO₄, BaSnO₃및 Ni등과 같이 이종의 소결제를 침가하거나, 화학양론적 조성을 바꾸어 유전 특성은 그대로 유지하면서도 비교적 낮은 온도에서도 소결특성을 향상시키려고 하였다. 그러나, 하지만 이종의 첨가제는 BMT내에서 불순물로 작용하여 소결성과 유전 특성을 오히려 저하시키는 문제점이 있었으며, 화학양론적 조성을 바꾸었을 경우에는 바람직한 품질계수를 나타내지 못하는 문제점이 있었다.

상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 우수한 유전 상수 및 품질계수를 가지면서도 비교적 낮은 온도에서도 소성이 가능한 BMT계 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 BMT계 조성물의 제조 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 소성온도(sintering temperature)와 Ba₅Ta₄O₁₅의 첨가량 변화에 따른 BMT 세라믹스의 품질계수(Q×f_o) 의 변화를 나타낸 그래프.

도 2는 소성온도(sintering temperature)와 Ba₇Ta₆O₂₂의 첨가량 변화에 따른 BMT 세라믹스의 선 수축률(linear shrinkage)의 변화를 나타낸 그래프.

도 3은 소성온도(sintering temperature)와 Ba₇Ta₆O₂₂의 첨가량 변화에 따른 BMT 세라믹스의 상대 밀도(relative density)의 변화를 나타낸 그래프.

도 4는 소성온도(sintering temperature)와 Ba₇Ta₆O₂₂의 첨가량 변화에 따른 BMT 세라믹스의 품질계수(Q×f_o)의 변화를 나타낸 그래프.

도 5는 소성온도(sintering temperature)와 BaTaO_3.5의 첨가량 변화에 따른 BMT 세라믹스의 선 수축률(linear shrinkage)의 변화를 나타낸 그래프.

도 6은 소성온도(sintering temperature)와 BaTaO_3.5의 첨가량 변화에 따른 BMT 세라믹스의 상대 밀도(relative density)의 변화를 나타낸 그래프.

도 7은 소성온도(sintering temperature)와 BaTaO_3.5의 첨가량 변화에 따른BMT 세라믹스의 품질졔수(Q×f_o)의 변화를 나타낸 그래프.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1에 따른 고주파용 유전체 조성물을 제공한다.

[화학식 1]

wBa(Mg_1/3Ta_2/3)O₃·xBayTazO_y+2.5z

상기 화학식 1에서, 0 <x, 0 <w, 0.003≤(x/w)≤ 0.2, 0 < y < 7, 0 < z < 7이다(x와 w의 범위를 확인바랍니다). 또한, 본 발명은 BaCO₃, MgO 및 Ta₂O₅를 반응시켜 Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃로 나타내어지는 BMT 분말을 제조하는 공정과; BaCO₃및 Ta₂O₅를 1100∼1200℃에서 반응시켜 Ba_yTazO_y+2.5z(0 < y < 7, 0 < z < 7)로 나타내어지는 BaO-Ta₂O₅이원계 화합물을 제조하는 공정과; 상기 BMT 분말과 BaO-Ta₂O₅이원계 화합물을 하기 화학식 1에 따른 몰비로 혼합하고 습식 볼밀링(ball milling)한 후 건조하는 공정; 및 상기 건조된 물질은 가압 성형한 후 1400∼1600℃에서 소성하는 공정을 포함하는 고주파용 유전체 조성물 제조 방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 고주파용 유전체 조성물의 구성 성분인 Ba_yTa_zO_y+2.5z는 Ba₇Ta₆O₂₂, Ba₅Ta₄O₁₅, BaTaO_3.5또는 Ba_0.5TaO₃인 것이 바람직하다. Ba_yTa_zO_y+2.5z가 Ba₇Ta₆O₂₂, Ba₅Ta₄O₁₅, BaTaO_3.5또는 Ba_0.5TaO₃인 경우에는 비교적 저온인 1400∼1600℃, 심지어 1550℃ 이하에서도 소성 공정이 잘 이루어지며, 제조된 유전체 조성물의 유전을, 품질계수, 선수축율, 상대밀도 등의 특성도 우수하다.

본 발명에 따른 고주파용 유전체 조성물에 MnO, WO₃, Bi₂O₃또는 Nb₂O₅를 추가적으로 첨가할 수 있다. MnO, WO₃, Bi₂O₃또는 Nb₂O₅를 첨가함으로써 높은 유전상수등을 갖는 효과를 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 고주파용 유전체 조성물은 고상반응법 등의 통상적인 세라믹스 제조 공정에 따라 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 유전체 조성물 제조 방법에서, 첫 번째 공정은 BMT 분말을 제조하는 공정이다. 초기 원료인 BaCO₃, MgO, Ta₂O₅를 BMT 조성에 맞게 평량한 후 약 1200℃에서 반응시켜 상을 합성하여 BMT 분말을 제조한다.

본 발명의 두 번째 공정은 BMT 분말에 첨가할 BaO-Ta₂O₅이원계 조성의 화합물을 제조하는 공정이다. BaCO₃및 Ta₂O₅를 900-1300℃, 바람직하게는 1100∼1200℃에서 2∼10시간 동안 반응시켜 Ba_yTa_zO_y+2.5z(0 < y < 7, 0 < z < 7)로 나타내어지는 BaO-Ta₂O₅이원계 화합물을 제조한다. 이러한 이원계 화합물로는 Ba₅Ta₄O₁₅, BaTaO_3.5, Ba₇Ta₆O₂₂및 Ba_0.5TaO₃을 예로 들 수 있다.

본 발명의 세 번째 공정은 상기 BMT 분말에 BaO-Ta₂O₅이원계 화합물을 하기 화학식 1에 따른 몰비로 첨가하고 습식 볼밀링(ball milling)한 후 건조하는 공정이다. 습식 볼밀링은 약 24시간 동안 실시하는 것이 바람직하다.

본 발명의 네 번째 공정은 상기 건조된 물질을 가압 성형한 후 1400∼1600℃에서 소성하는 공정이다. 상기한 바와 같이 비교적 저온인 1400∼1600℃에서도 소성이 가능한 이유는 BMT 분말에 BaO-Ta₂O₅이원계 화합물을 본 발명에 따른 몰비로 첨가하였기 때문이다. 본 발명에 따라 제조된 고주파용 유전체 조성물은 1400-1550℃의 소성 온도에서도 90% 이상의 소결 밀도를 가지며, 100,000∼370,000GHz의 품질계수(Q×f_o)를 나타낸다.

특히, BMT 분말에 Ba₇Ta₆O₂₂이원계 화합물을 첨가한 유전체 조성물의 경우에는, 1550℃에서 10시간 소성하였을 때 370,000GHz의 품질계수를 나타낸다. 이 품질계수 값은 기존에 보고된 BMT계 유전체들보다 약 150,000GHz 정도 높은 값으로 기존 제품보다 우수한 특성을 나타낸다. 또한, 1400℃로 소성온도를 낮게 한 경우도 100,000∼150,000GHz 이상의 품질계수 값을 나타낸다.

이와 같이, 본 발명에서는 BMT[Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃] 조성에 Ba_yTa_zO_y+2.5z로 나타내지는 BaO-Ta₂O₅이원계 화합물을 소결조제로 첨가함으로써, BMT 유전체의 장점인 높은 품질계수값 및 안정한 공진주파수의 온도 계수 등을 그대로 유지하면서 낮은 온도(1550℃이하)에서도 소성이 가능하게 한다.

다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

BMT·xBa ₅ Ta ₄ O ₁₅ 조성의 유전체

초기 원료인 BaCO₃, MgO, Ta₂O₅를 BMT 조성에 맞게 평량한 후 1200℃에서 반응시켜 상을 합성하여 BMT 분말을 제조하였다.

BaCO₃와 Ta₂O₅를 1150℃에서 5시간 동안 반응시켜 Ba₅Ta₄O₁₅로 나타내지는 BaO-Ta₂O₅이원계 화합물을 합성하였다.

상기 BMT 분말에 Ba₅Ta₄O₁₅로 나타내지는 BaO-Ta₂O₅이원계 화합물을 각각 0.01, 0.02, 0.03 및 0.05 mol씩 첨가한 후, 24시간 동안 습식 볼밀링하고 건조시켰다. 이어서, 제조된 시료를 직경이 약 12mm, 높이가 약7mm인 실린더형 성형체로 가압 성형한 후 1550℃에서 10시간동안 소성하였다.

소결체를 X-선 회절 분석한 결과 기지상인 BMT상과 Ba₅Ta₄O₁₅상, Ba_0.5TaO₃상의 회절피크가 관찰되었으나, Ba_0.5TaO₃상의 회절피크 크기는 상대적으로 아주 작게 나타났다. 이러한 조성물의 선수축율은 22%이상이었고, 상대밀도 또한 95%이상으로 소성이 잘 이루어졌다. 도 1은 Ba₅Ta₄O₁₅의 첨가량에 따른 유전체 재료의 품질계수(Q×f_o)를 소결 온도의 변화에 따라 나타낸 그림이다. 모든 시료 조성에서 품질계수(Q×f_o)가 100,000GHz 이상의 높은 값을 나타내었다.

실시예 2

BMT·xBa ₇ Ta ₆ O ₂₂ 조성의 유전체

상기 실시예 1에서, BMT 분말에 Ba₇Ta₆O₂₂로 나타내지는 BaO-Ta₂O₅이원계 화합물을 각각 0.003, 0.005, 0.007, 0.01 및 0.02 mol씩 첨가하고, 소성 온도를 1400℃, 1450℃, 1500℃, 1550℃, 1600℃로 달리하여 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

1550℃에서 소성한 시료들의 X-선 회절 분석결과, Ba₇Ta₆O₂₂의 첨가량이 0.01mol 이상인 시료에서는 기지상인 BMT상 뿐만 아니라 Ba₅Ta₄O₁₅상과 Ba_0.5TaO₃상의 회절 피크가 관찰되었다. 소성 온도와 조성이 다른 시료에서도 이와 동일한 결과를 얻었다. 도 2와 도 3은 Ba₇Ta₆O₂₂가 첨가된 BMT 조성물들을 1400-1600℃에서 10시간 동안 소성한 후의 선수축을 및 상대밀도를 온도의 함수로 나타낸 그림이다. Ba₇Ta₆O₂₂의 첨가로 소결성이 향상되었음을 보여주며, x가 0.005 mol 이상인 시료들은 1400℃에서도 22%이상의 수축율을 나타내고, 상대밀도 또한 95%이상으로 소성이잘 이루어졌다. 도 4는 Ba₇Ta₆O₂₂가 첨가된 BMT 시료들의 소성온도에 따른 품질계수(Q×f_o)의 변화를 나타낸 그림이다. Ba₇Ta₆O₂₂의 첨가량이 0.01mol로 증가함에 따라 품질계수(Q×f_o)도 증가하지만, 그 이상의 첨가량에서는 품질계수가 감소하였다. BMT·0.01 Ba₇Ta₆O₂₂시료를 1550℃에서 10시간 동안 소성한 경우에 가장 우수한 품질계수(Q×f_o)인 370,000GHz를 얻었다. 이 값은 이제까지 BMT계 유전체와 관련하여 보고된 품질계수 값보다 더욱 우수한 특성이다. 또한 이 시료의 공진주파수의 온도계수는 ±1ppm/℃이내였다. 본 실시예에서 얻어진 고주파 유전 특성을 하기한 표 1-5에 자세히 나타내었다. 여기서, 고주파 유전 특성은 Hakki-Colemann이 제시한 평행 도체판법을 사용하여 측정하였다.

실시예 3

BMT·xBaTaO _3.5 조성의 유전체

상기 실시예 1에서, BMT 분말에 BaTaO_3.5로 나타내지는 BaO-Ta₂O₅이원계 화합물을 각각 0.003, 0.005, 0.007, 0.01 및 0.02 mol씩 첨가하고, 소성 온도를 1400℃, 1450℃, 1500℃, 1550℃, 1600℃로 달리하여 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

1550℃에서 소성한 소결체를 X-선 회절분석한 결과, x=0.02 mol 이상 첨가된 시료들은 BMT상 이외에 Ba₅Ta₄O₁₅상과 Ba_0.5TaO₃상의 회절 피크가 관찰되었다. 소성온도가 다른 시료에서도 결과를 얻었다. 도 5와 도 6은 소성온도에 따른 선수축율과 상대밀도의 변화를 나타낸 그림이다. 일반적으로 소결성은 BaTaO_3.5의 첨가로 향상되었다. 선수축율은 Ba₇Ta₆O₂₂를 첨가한 조성물(실시예 2)과는 달리 모든 소성 온도범위에서 22%이상이었고, 상대밀도는 1400℃에서 소성한 BMT·0.003 BaTaO_3.5시료를 제외하면 모두 95%근처의 값을 얻을 수 있었다. 도 7은 소성 온도에 따른 품질계수 변화를 나타낸 그림이다. BaTaO_3.5첨가량이 0.005 mol로 증가함에 따라 품질계수도 증가하였으나, 그 이상으로 첨가량이 늘어남에 따라 품질계수는 감소하였다. BaTaO_3.5를 0.005 mol 첨가한 조성물은 모든 소성온도 범위에서 다른 조성물보다 높은 품질계수값을 나타내었다. BMT·0.005 BaTaO_3.5시료를 1600℃에서 10시간 소성하였을 때 최대의 품질계수값인 250.000GHz를 얻었다.

실시예 4

BMT·xBa ₇ Ta ₆ O ₂₂ +yMO(MnO,WO ₃ ,Bi ₂ O ₃ ,Nb ₂ O ₅ ) 조성의 유전체

BMT·0.01Ba₇Ta₆O₂₂조성에 MnO,WO₃,Bi₂O₃,Nb₂O₅를 각각 0.005mol 첨가한 조성을 실시예1과 같은 세라믹 제조공정에 따라 만든 성형체를 1550℃에서 10시간 동안 소성하였다. 1550℃에서 소성한 시료들의 X선 회절분석결과, 시료에서는 기지상인 BMT 뿐만 아니라 Ba₅Ta₄O₁₅상과 Ba_0.5TaO₃상의 회절크기가 관찰되었다. 표6은 이들산화물 첨가에 따른 유전체들의 고주파특성을 나타낸 것이다. BMT+ 0.01Ba₇Ta₆O₂₂조성을 동일조건에서 소성한 경우보다 품질계수가 조금 감소하였으나, 150,000∼250,000GHz 범위의 우수한 품질계수를 나타내었다.

비교예 1

BMT·xBaO 조성의 유전체

초기 원료인 BaCO₃, MgO, Ta₂O₅를 BMT 조성에 맞게 평량한 후 1200℃에서 반응시켜 상을 합성하여 BMT 분말을 제조하였다.

상기 BMT 분말에 BaO를 0.1 mol 첨가한 후, 24시간 동안 습식 볼밀링하고 건조시켰다. 이어서, 제조된 시료를 직경이 약 12mm, 높이가 약7mm인 실린더형 성형체로 제조한 후, 1600℃에서 2시간동안 소성하였다.

소결체를 X-선 회절분석한 결과, BMT상만이 관찰되었고, 이외에 Ba₅Ta₄O₁₅, Ba_0.5TaO₃, BaTa₂O₆등과 같은 이차상의 회절피크는 관찰되지 않았다. 이 유전체 조성물의 선수축율은 5.9%로 거의 소성이 이루어지지 않았다.

비교예 2

BMT·xMgO 조성의 유전체

상기 비교예 1에서, BaO 대신 MgO를 0.1 mol 첨가한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 실시하였다.

소결체를 X-선 회절분석한 결과, BMT상만이 관찰되었고, 과량으로 첨가된 MgO나 다른 이차상의 회절피크는 나타나지 않았다. MgO가 0.1mol 첨가된 유전체는 1550℃에서 10시간 동안 소성했을 때에도 선수축율이 22.5%로 나타나 소성이 잘되었다. 소성체의 유전율은 22.6이었고, 품질계수(Q×f_o)가 22,000GHz로 낮게 나타났다.

비교예 3

BMT·xTa ₂ O ₅ 조성의 유전체

상기 비교예 1에서, BaO 대신 Ta₂O₅를 0.025 및 0.05 mol 첨가하고, 소성 공정을 1500℃에서 10시간동안 실시한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 실시하였다.

소결체를 X-선 회절분석한 결과 기지상인 BMT상과 회절 Ba_0.5Ta₂O₃상의 회절피크가 관찰되었다. 두시료의 선수축을은 각각 22.7 및 22.8%로 소성은 잘 되었으나, 품질계수(Q×f_o)는 각각 11,000GHz 및 5,800GHz로 상대적으로 낮은 값을 나타내었다.

비교예 4

BMT·x(MgO·Ta ₂ O ₅ ) 조성의 유전체

초기 원료인 BaCO₃, MgO, Ta₂O₅를 BMT 조성에 맞게 평량한 후 1200℃에서 반응시켜 상을 합성하여 BMT 분말을 제조하였다.

상기 BMT 분말에 MgO와 Ta₂O₅를 동시에 x mol 만큼씩 첨가한 후, 24시간 동안 습식 볼밀링하고 건조시켰다. 이때, x는 0.01, 0.025 및 0.05 mol로 하였다. 이어서, 제조된 시료를 직경이 약 12mm, 높이가 약7mm인 실린더형 성형체로 제조한후, 1500℃에서 10시간동안 소성하였다.

소결체의 X-선 회절분석 결과, 기지상인 BMT상과 Ba_0.5Ta₂O₃상, Mg₄Ta₂O₉상들의 회절피크가 관찰되었다. 이러한 조성물들의 소결 후 선수축율은 22% 이상으로 소성은 매우 잘 되었으나, 품질계수(Q×f_o)는 8,000∼16,000GHz으로 상대적으로 낮은 값을 나타내었다.

비교예 5

BMT·xBaTa ₂ O ₆ 조성의 유전체

초기 원료인 BaCO₃, MgO, Ta₂O₅를 BMT 조성에 맞게 평량한 후 1200℃에서 반응시켜 상을 합성하여 BMT 분말을 제조하였다.

상기 BMT 분말에 BaTa₂O₆를 각각 0.007, 0.01 및 0.02 mol 첨가한 후, 24시간동안 습식 볼밀링하고 건조시켰다. 이어서, 제조된 시료를 직경이 약 12mm, 높이가 약7mm인 실린더형 성형체로 제조한 후, 1550℃에서 10시간동안 소성하였다.

소결체를 X-선 회절분석한 결과, 기지상인 BMT상이외에 첨가한 BaTa₂O₆상과는 다른 Ba_0.5TaO₃의 회절피크가 관찰되었다. BaTa₂O₆상의 첨가량이 증가함에 따라 Ba_0.5TaO₃상의 회절피크의 크기가 증가하였다. 선수축율은 1500℃에서 소성했을 때에는 모든 조성물에서 22%이상으로 소성이 잘 이루어졌으나, 1400℃에서 소성했을 때에는 10%로 거의 소성이 이루어지지 않았다. 1550℃에서 10시간 동안 소성한 조성물의 품질계수(Q×f_o)는 6,000∼49,000GHz로 상대적으로 낮은 값을 나타내었다.

본 발명의 유전체 조성물은 BMT[Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃]에 Ba₇Ta₆O₂₂BaTaO_3.5, Ba₅Ta₄O₁₅, Ba_0.5TaO₃등과 같은 BaO-Ta₂O₅이원계 화합물을 첨가하거나 혹은 소성 후이들과 같은 상이 형성되게 한 것이다. 이들 이원계 화합물을 BMT에 첨가함으로써 소성온도를 1400∼1550℃범위로 낮출수있으며, 기존의 BMT에 비해 소성온도가 최소100℃에서 최대 300℃ 정도 낮아졌다.

본 발명의 유전체 조성물은 1400℃에서도 소성하는 경우에도 100,000GHz이상의 높은 품질계수값을 가지며, 1550℃에서 소성하는 경우, 최대 370,000GHz의 품질계수를 갖는다. 이러한 품질계수 값은 기존에 보고된 우수한 BMT계 고주파 유전체조성들보다 약 150,000GHz정도 높은 것으로서, 기존의 순수 BMT 조성이나 첨가제가 첨가된 조성에서 얻을 수 있는 품질계수보다 매우 우수한 값이다. 또한 이원계 화합물을 소결조제로 첨가함으로써 소성온도를 낮추면서도 동시에 기존의 유전체 조성물보다 우수한 품질계수를 얻을 수 있다는 것이 본 발명의 효과이다. 이제까지 BMT 재료가 소성온도가 높아 실제 고주파 통신부품에 적용하기 어려웠으나, 본 발명을 통해 소성 온도를 낮춤으로써 이 재료의 상용화 적용이 가능하다.

본 발명의 BMT 조성물은 품질계수가 우수하여 마이크로파 부품으로 사용하는 경우 주파수 선택성이 좋은 유전체 부품제품을 제조할 수 있다. 또한 주파수의 온도 안정성이 좋기 때문에 기온에 영향을 받지 않으며 상대적으로 유전율이 높아 부품의 소형화가 가능하다. 따라서, 본 발명의 유전체 조성물은 공진기, 필터, VCO(Voltage controlled oscillator)등과 같은 이동통신용 부품이나 위성통신분야의 통신부품으로 유용하다.

Claims (6)

1. 하기 화학식 1에 따른 고주파용 유전체 조성물.

   [화학식 1]

   wBa(Mg_1/3Ta_2/3)O₃·xBa_yTa_zO_y+2.5z

   상기 화학식 1에서, 0 <x, 0 <W, 0.003≤ (x/w)≤ 0.2, 0 < y < 7, 0 < z < 7이다.
2. 제 1항에 있어서, 상기 Ba_yTa_zO_y+2.5z는 Ba₇Ta₆O₂₂, Ba₅Ta₄O₁₅, BaTaO_3.5및 Ba_0.5TaO₃으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 고주파용 유전체 조성물·
3. 제 1항에 있어서, 상기 유전체 조성물은 MnO, WO₃, Bi₂O₃및 Nb₂O₅로 이루어진 그룹에서 선택된 물질이 추가적으로 첨가된 것인 고주파용 유전체 조성물.
4. 제 1항에 있어서, 상기 유전체 조성물은 1400-1550℃의 소성 온도에서 90%이상의 소결 밀도를 가지며, 품질계수(Q×f_o)가 100,000∼370,000GHz인 고주파용 유전체 조성물.
5. BaCO₃, MgO 및 Ta₂O₅를 반응시켜 Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃로 나타내어지는 BMT 분말을 제조하는 공정과;

   BaCO₃및 Ta₂O₅를 1100∼1200℃에서 반응시켜 Ba_yTa_zO_y+2.5z(O < y < 7, O < z < 7)로 나타내어지는 BaO-Ta₂O₅이원계 화합물을 제조하는 공정과;

   상기 BMT 분말과 BaO-Ta₂O₅이원계 화합물을 하기 화학식 1에 따른 몰비로 혼합하고 습식 볼밀링(ball milling)한 후 건조하는 공정; 및

   상기 건조된 물질은 가압 성형한 후 1400∼1600℃에서 소성하는 공정을 포함하는 고주파용 유전체 조성물 제조 방법.

   [화학식 1]

   wBa(Mg_1/3Ta_2/3)O₃·xBa_yTa_zO_y+2.5z

   상기 화학식 1에서, 0 <x, 0 <w, 0.003≤ (x/W)≤ 0.2, 0 < y < 7, 0 < z < 7이다.
6. 하기 화학식 1에 따른 고주파용 유전체 조성물로 만들어진 유전체 부품.

   [화학식 1]

   wBa(Mg_1/3Ta_2/3)O₃·xBa_yTa_zO_y+2.5z

   상기 화학식 1에서, 0 <x, 0 <w, 0.003≤ (x/w)≤ 0.2, 0 < y < 7, 0 < z < 7이다.