KR100638888B1 - Ｑ특성이 우수한 저유전율을 갖는 저온동시소성 자기조성물 - Google Patents
Ｑ특성이 우수한 저유전율을 갖는 저온동시소성 자기조성물 Download PDFInfo
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Abstract
글라스 프릿트의 함량을 낮추면서도 저온에서 소성이 가능하고 또한 고주파용으로 사용할 수 있도록 품질계수(Q)가 우수한 저온동시소성 자기조성물이 제공된다. 이 자기조성물은, 세라믹과 글라스 프릿트로 조성되는 저온동시소성 자기조성물에 있어서, 상기 세라믹은 x SrWO4 - (1-x) MgSiO3로 표시되고, x는 0.7≤x≤1.0를 충족하고, 상기 세라믹은 60~80중량%이고, 상기 글라스 프릿트는 20-40중량%로 조성된다.
본 발명에 따라 얻어지는 저온동시소성 자기조성물은 유전율이 4.83~7.12이고, Q.fo(GHz)가 8104~14244이며, 공진주파수의 온도계수가 -68~-30 ppm/℃로서, 고주파용 LTCC의 기판 재료에 적합하게 사용이 가능하다.
ＬＴＣＣ, 글라스 프릿트, 저유전율, 품질계수
Description
한국 공개특허공보 2003-0052461호
본 발명은 저유전율을 갖는 저온동시소성 자기조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 글라스 프릿트의 함량을 낮추면서도 저온에서 소성이 가능하고 또한 고주파용으로 사용할 수 있도록 품질계수가 우수한 자기조성물에 관한 것이다.
기판재료로는 저온동시소성 세라믹(Low Temperature Co-fired Ceramics, 간단히 LTCC라고도 표기함)이 사용되고 있다. LTCC는 저온에서 전극재료와 동시에 소성되기 때문에 1000℃이하의 저온 소결이 가능하여야 한다. 이를 위해 글라스 프릿트가 세라믹분말과 함께 사용된다. 글라스 프릿트는 낮은 연화온도로서 세라믹분말이 1000℃이하의 저온에서 소결되도록 한다. 글라스 프릿트로서는 보로실리케이트가 많이 이용되고 있다. 보론 실리케이트 글리스 프릿트는 SiO2와 B2O3가 주성분 이고, 필요에 따라 알칼리금속과 알칼리토류금속의 1종이상을 첨가하고 있다.
LTCC는 유전율이 10이하로 낮으면서 높은 품질계수(전기적손실의 역수)가 요구된다. 이러한 요구에 부흥하는 세라믹분말이 알루미나를 주성분으로 하는 세라믹분말이다.
그러나, 알루미나 자체의 높은 소결온도(1550℃ 이상)로 인해 과량의 글라스프릿트(40~80중량%)가 첨가된다. 글라스 프릿트의 함량이 높아지게 되면 품질계수가 낮아져 고주파용으로 사용하는데 문제점을 가지게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 한국 공개특허공보 2003-0052461호에서는 BaWO4-Mg2SiO4계 세라믹분말을 사용하는 LTCC조성물이 제안되어 있다. 이 LTCC조성물은 글라스 프릿트의 함량을 20~60%로 낮추고 있다. 그러나, 고주파에서의 품질계수가 4666~12191로서 개선이 필요한 실정이다.
상기한 문제를 해결하기 위한 다각적인 연구를 통해 완성된 본 발명은 글라스 프릿트의 함량을 낮추면서도 저온소성이 가능하고 고주파용으로 사용할 수 있도록 높은 품질계수를 갖는 저온동시소성 자기조성물을 제공하는데, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 저온동시소성 자기조성물은, 세라믹과 글라스 프릿트로 조성되는 저온동시소성 자기조성물에 있어서,
상기 세라믹은 x SrWO4 - (1-x) MgSiO3로 표시되고, x는 0.7≤x≤1.0를 충족하고, 상기 세라믹은 60~80중량%이고, 상기 글라스 프릿트는 20-40중량%로 조성되는 것이다.
본 발명에 적용되는 글라스 프릿트는 보로실리케이트계이며, 예를 들면, SiO2-B2O3-K2O계 또는 Li2O-Na2O-K2O-CaO-BaO-ZnO-Al2O3-B2O3-SiO2계에서 선택되는 1종이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 x는 0.95≤x≤1.0가 가장 바람직하며, 이 경우에 주파수 11~14GHz에서 측정한 품질계수(Q.fo)가 12200~14244의 우수한 특성을 갖는다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명자들은 LTCC조성물에서 글라스 프릿트의 함량을 대폭 낮추면서도 저온소성이 가능하고 고주파에서의 품질계수를 높이기 위한 방안을 찾던 중에서, LTCC의 세라믹분말로서 SrWO4-MgSiO3계를 설계하여 완성된 것이다.
SrWO4-MgSiO3계 세라믹분말은 Sr이 이온반경이 작아 LTCC의 디펙트가 적어지고 이에 따라 소결밀도가 높아져 품질계수가 높아진다. 이를 위한 세라믹분말의 조 성은, xSrWO4 - (1-x) MgSiO3로 표시될 때, x는 0.7≤x≤1.0를 충족하는 것이다.
SrWO4는 LTCC의 품질계수를 높이기 위한 것이며, MgSiO3는 유전율을 낮추는 효과가 있다. MgSiO3의 첨가에 의해 LTCC의 유전율을 제품용도에 맞추어 설계할 수 있다. 본 발명의 실시예를 보면, xSrWO4 - (1-x) MgSiO3에서 x의 값이 작아질수록 품질계수가 낮아지는 추이를 보이고 있다. X의 값이 0.7정도까지 낮추는 성분설계에서 충분히 원하는 고주파 유전특성을 확보할 수 있다. 본 발명에서, 상기 x는 0.95≤x≤1.0가 가장 바람직하며, 이 경우에 주파수 11~14GHz에서 측정한 품질계수(Q.fo)가 12200~14244의 우수한 특성을 갖는다.
본 발명의 LTCC에서 세라믹은 60~80중량%이고, 글라스 프릿트는 20-40중량%로 조성되는 것이 바람직하다. 글라스 프릿트의 함량이 낮아질수록 품질계수은 높아지고 유전율은 떨어진다.
본 발명에는 LTCC에 적용되는 글라스 프릿트는 모두 적용 가능하며, 그 대표적인 예가 보로실리케이트계이다. 보로실리케이트계 글라스는 SiO2와 B2O3가 주성분이고, 필요에 따라 알칼리금속과 알칼리토류금속의 1종이상을 첨가하고 있다. 시중에 시판되고 있는 보로실리케이트 글라스는 SiO2-B2O3-K2O계 또는 Li2O-Na2O-K2O-CaO- BaO-ZnO-Al2O3-B2O3-SiO2계가 있다.
다음으로, 본 발명의 LTCC의 제조방법에 대해 구체적으로 설명하는데, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
출발물질로서 예를 들어 SrCO3, WO3, MgO, SiO2 및 글라스 프릿트를 사용한다.
먼저, SrCO3와 WO3를 일정 조성비로 혼합하고 MgO와 SiO2를 일정 조성비로 혼합하여 제조한 SrWO4와 MgSiO3 분말을 각각 대기중에서 예를 들어 700℃와 1100℃에서 3시간씩 하소하여 합성한다. 글라스 프릿트는 시판되는 제품을 사용하여 합성한 분말과 혼합한다.
혼합한 분말은 잘 분쇄한 후, 예를 들어 직경 14 mm의 원판형 시편으로 가압 성형하여 대기 중에서 예를 들어 800~900℃의 온도에서 2 시간 동안 소결시켜 제조할 수 있다. 이때, 소결 후 시편의 수축율은 12~20% 정도이다.
본 발명의 LTCC는 세라믹분말의 조성비와 글라스 프릿트의 배합비의 조정을 통해 유전율의 조정이 가능하다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예]
SrWO4는 순도 99.9%의 SrCO3와 WO3를 일정 조성비로 혼합하고, 혼합분말은 대기 중에서 700℃의 온도에서 3시간 정도 하소한 후, 분쇄하여 제조하였다. MgSiO3는 순도 99.9%의 MgO와 SiO2를 일정 조성비로 혼합하고, 혼합분말은 대기 중에서 1100℃의 온도에서 3시간 정도 하소한 후, 분쇄하여 제조하였다.
글라스 프릿트는 SiO2-B2O3-K2O계의 보로실리케이트로서 Asahi glass (ASF-103H)의 제품을 사용하였다.
SrWO4, MgSiO3 및 상기 글라스 프릿트를 표 1의 조성비로 혼합하였다. 표 1에는 세라믹분말의 함량만 중량%로 표시하였으며, 글라스 프릿트의 함량은 100중량%에서 세라믹분말의 함량을 뺀 값이다.
혼합한 분말을 잘 분쇄한 후 직경 14mm의 원판형 시편으로 가압 성형하여 대기 중에서 800~900℃의 온도에서 2 시간 동안 소결시켰다. 소결 후 시편은 12~20% 정도 수축되었다.
소결 시편의 양면을 연마지(#2000 까지)로 잘 연마한 후, 유전체 공진기법으 로 유전율, Q.fo 값 및 공진주파수의 온도계수를 측정하였다. 이 때, 측정주파수는 11 ~14 GHz이고, 측정온도 범위는 -25~85℃였다. 각 시편의 조성과 소결 온도에 따른 마이크로파 유전특성을 표 1에 나타내었다.
[표 1-1]
| x SrWO4 - (1-x) MgSiO3 | 전기적 특성 | 소결온도 (℃) | |||
| x(몰) | 세라믹분말의 배합비 (중량%) | εr | Q.fo | τf(ppm/℃) | |
| 1 | 80% | 7.07 | 14016 | -40 | 800 |
| 1 | 80% | 6.99 | 13704 | -42 | 850 |
| 1 | 80% | 6.36 | 10605 | -40 | 900 |
| 1 | 70% | 6.67 | 13711 | -36 | 800 |
| 1 | 70% | 6.65 | 12108 | -35 | 850 |
| 1 | 70% | 6.18 | 11792 | -35 | 900 |
| 1 | 60% | 6.14 | 10077 | -31 | 800 |
| 1 | 60% | 5.91 | 10012 | -32 | 850 |
| 1 | 60% | 5.82 | 9782 | -31 | 900 |
| 0.99 | 80% | 7.06 | 14112 | -43 | 800 |
| 0.99 | 80% | 7.09 | 14244 | -41 | 850 |
| 0.99 | 80% | 7.06 | 13887 | -41 | 900 |
| 0.99 | 70% | 6.81 | 12267 | -37 | 800 |
| 0.99 | 70% | 6.54 | 11881 | -36 | 850 |
| 0.99 | 70% | 6.01 | 10004 | -37 | 900 |
| 0.99 | 60% | 6.25 | 9216 | -33 | 800 |
| 0.99 | 60% | 6.02 | 8720 | -31 | 850 |
| 0.99 | 60% | 5.86 | 8195 | -32 | 900 |
| 0.95 | 80% | 6.58 | 12048 | -46 | 800 |
| 0.95 | 80% | 6.74 | 12304 | -47 | 850 |
| 0.95 | 80% | 7.12 | 12552 | -45 | 900 |
| 0.95 | 70% | 6.15 | 10577 | -42 | 800 |
| 0.95 | 70% | 6.26 | 11127 | -43 | 850 |
| 0.95 | 70% | 6.07 | 10916 | -43 | 900 |
| 0.95 | 60% | 6.01 | 8819 | -39 | 800 |
| 0.95 | 60% | 6.06 | 9021 | -39 | 850 |
| 0.95 | 60% | 5.84 | 8523 | -38 | 900 |
[표 1-2]
| x SrWO4 - (1-x) MgSiO3 | 전기적 특성 | 소결온도 (℃) | |||
| x(몰) | 세라믹분말의 배합비 (중량%) | εr | Q.fo | τf(ppm/℃) | |
| 0.9 | 80% | 5.96 | 10768 | -57 | 850 |
| 0.9 | 80% | 6.66 | 10471 | -59 | 900 |
| 0.9 | 70% | 5.37 | 8218 | -46 | 800 |
| 0.9 | 70% | 5.99 | 10252 | -45 | 850 |
| 0.9 | 70% | 6.28 | 10137 | -48 | 900 |
| 0.9 | 60% | 5.82 | 9104 | -43 | 800 |
| 0.9 | 60% | 5.88 | 9286 | -41 | 850 |
| 0.9 | 60% | 5.41 | 8673 | -43 | 900 |
| 0.8 | 80% | 5.82 | 8116 | -65 | 800 |
| 0.8 | 80% | 5.85 | 9861 | -63 | 850 |
| 0.8 | 80% | 6.01 | 10337 | -63 | 900 |
| 0.8 | 70% | 5.45 | 8373 | -56 | 800 |
| 0.8 | 70% | 5.84 | 9166 | -55 | 850 |
| 0.8 | 70% | 5.95 | 9792 | -56 | 900 |
| 0.8 | 60% | 5.11 | 8963 | -49 | 800 |
| 0.8 | 60% | 5.23 | 9267 | -48 | 850 |
| 0.8 | 60% | 5.16 | 9018 | -48 | 900 |
| 0.7 | 80% | 5.03 | 8537 | -68 | 800 |
| 0.7 | 80% | 5.08 | 8769 | -65 | 850 |
| 0.7 | 80% | 5.12 | 9144 | -67 | 900 |
| 0.7 | 70% | 5.57 | 8531 | -62 | 800 |
| 0.7 | 70% | 5.66 | 8597 | -61 | 850 |
| 0.7 | 70% | 5.74 | 9036 | -62 | 900 |
| 0.7 | 60% | 5.05 | 8104 | -54 | 800 |
| 0.7 | 60% | 5.25 | 8677 | -53 | 850 |
| 0.7 | 60% | 5.14 | 8240 | -50 | 900 |
표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 얻어지는 LTCC는 유전율이 4.83 ～ 7.12이고, Q.fo(GHz)가 8104 ~14244이며, 공진주파수의 온도계수가 -68~-30 ppm/℃로서, 고주파용 LTCC가 요구되는 기판 재료에 적합하게 사용이 가능하다.
SrWO4-MgSiO3계의 세라믹분말에서 SrWO4의 함량이 높아지면 소결온도가 낮은 조건에서 전기적특성이 좋으며, MgSiO3의 함량이 많아지면 소결온도가 높은 조건에서 전기적특성이 좋다.
본 발명에서 상기 실시형태는 하나의 예시로서, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고 동일한 작용효과를 이루는 것은 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다. 예를 들어 본 발명의 실시예에서는 글라스 프릿트로서 시판되고 있는 보로실리케이트를 사용하고 있지만 이외에도 LTCC분야에서 알려져 있거나 개발되어 제안되는 글라스 프릿트의 적용이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 과량의 글라스 프릿트를 첨가하지 않아도 저온에서 소결 가능하며, 품질계수(Q)가 우수한 고주파용 저온동시소성 자기조성물을 제공하는 유용한 효과가 있다.
Claims (5)
- 세라믹과 글라스 프릿트로 조성되는 저온동시소성 자기조성물에 있어서,상기 세라믹은 x SrWO4 - (1-x) MgSiO3로 표시되고, x는 0.7≤x≤1.0를 충족하고,상기 세라믹은 60~80중량%이고, 상기 글라스 프릿트는 20-40중량%로 조성되는 Q특성이 우수한 저유전율을 갖는 저온동시소성 자기조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 글라스 프릿트는 보로실리케이트계 글라스임을 특징으로 하는 Q특성이 우수한 저유전율을 갖는 저온동시소성 자기조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 보로실리케이트 글라스는 SiO2-B2O3-K2O계 또는 Li2O-Na2O-K2O-CaO-BaO-ZnO-Al2O3-B2O3-SiO2계에서 선택되는 1종임을 특징으로 하는 Q특성이 우수한 저유전율을 갖는 저온동시소성 자기조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 x는 0.95≤x≤1.0임을 특징으로 하는 Q특성이 우수한 저유전율을 갖는 저온동시소성 자기조성물.
- 제 1항에 있어서, 주파수 11~14GHz에서 측정한 품질계수(Q.fo)가 12200~14244임을 특징으로 하는 Q특성이 우수한 저유전율을 갖는 저온동시소성 자기조성물.
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| KR1020050082202A KR100638888B1 (ko) | 2005-09-05 | 2005-09-05 | Ｑ특성이 우수한 저유전율을 갖는 저온동시소성 자기조성물 |
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| KR1020050082202A KR100638888B1 (ko) | 2005-09-05 | 2005-09-05 | Ｑ특성이 우수한 저유전율을 갖는 저온동시소성 자기조성물 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9368804B2 (en) | 2013-02-21 | 2016-06-14 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Scheelite-structured composite metal oxide with oxygen ionic conductivity |
| CN106927792A (zh) * | 2015-12-30 | 2017-07-07 | 上海晶材新材料科技有限公司 | 低介电常数低损耗近零温度系数的ltcc陶瓷材料及制备方法 |
| CN108996902A (zh) * | 2018-09-19 | 2018-12-14 | 深圳市晶特智造科技有限公司 | 一种低温共烧陶瓷材料及其制备方法 |
| CN114634353A (zh) * | 2020-12-16 | 2022-06-17 | 山东国瓷功能材料股份有限公司 | 一种低介低损耗近零温漂低温共烧陶瓷材料及其制备方法 |
-
2005
- 2005-09-05 KR KR1020050082202A patent/KR100638888B1/ko not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 10045466 |
| 2005058774 |
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| CN108996902A (zh) * | 2018-09-19 | 2018-12-14 | 深圳市晶特智造科技有限公司 | 一种低温共烧陶瓷材料及其制备方法 |
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