KR101045514B1 - Ｒｆ용 전자부품을 소결하여 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

페라이트로 구성된 RF용 전자부품을 소결하여 제조하는 방법이 개시된다. 상기 RF용 전자부품을 소결하여 제조하는 방법은 페라이트에 암모늄 알지네이트를 3wt%로 칭량 및 혼합하고, 물을 첨가하면서 혼합하여 겔을 형성하는 단계, 상기 겔을 85℃ 내지 95℃의 온도 범위에서 건조하여 건조물을 형성하는 단계, 상기 건조물을 분쇄하여 상기 암모늄 알지네이트가 코팅된 페라이트 분체를 생성하는 단계, 상기 페라이트 분체를 압축 성형하는 단계 및 상기 압축 성형된 페라이트 분체를 소결하는 단계를 포함한다. 따라서, 암모늄 알지네이트를 첨가하여 페라이트의 응집력을 향상시켜 성형체를 용이하게 성형할 수 있는 수 있고, 투자손실을 감소시키고 투자율을 증가시킬 수 있는 이점이 있으며, 이에 따라 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

스피넬 페라이트, 암모늄 알지네이트, 투자율, TANGENT DELTA, LOSS TANGENT

Description

ＲＦ용 전자부품을 소결하여 제조하는 방법{MANUFACTURING METHOD BY SINTERING PART OF ELECTRONIC FOR RADIO FREQUENCY}

본 발명은 페라이트로 구성된 RF용 전자부품을 소결하여 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 페라이트에 암모늄 알지네이트를 첨가하여 상기 페라이트의 응집력을 향상시켜 성형이 용이하고, 투자손실을 줄이고 투자율을 향상시킬 수 있는 RF용 전자부품을 소결하여 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 무선기기라 함은, 장소에 구애받지 않고 어느 곳에서나 무선통신을 통해 정보를 송수신할 수 있는 기기를 총칭하며, 휴대폰, 팜PC 또는 PDA(Personal Digital Assistants; 개인용 디지털 보조기) 또는 HPC(Hand Held PC: 휴대용 PC) 등을 포함한다. 이러한 무선기기에는 무선으로 전자 정보를 송수신하는 안테나가 설치되며, 이 안테나에는 정보의 무선 송수신을 위해, RF(Radio Frequency) 자성소자가 채용된다.

또한, 전자파(Electromagenetic Waves)는 전자기파(電磁氣波)의 약어로서 주기적으로 세기가 변하는 전자기장이 공간을 통해 전파해 가는 현상을 말한다.

전자파는 그 주파수나 파장에 따라 저주파, 고주파 또는 단파, 장파 등으로 분류되며, 그 전자기적 특성 또한 다양하여 각종 전기, 전자기기나 통신기기등 다양한 분야와 용도에 이용되고 있다.

전자파의 인체에 대한 영향은 전자레인지나 휴대전화 등에 사용되는 마이크로파(Microwave)에 의한 열 작용이나, 컴퓨터모니터 등에서 방사되는 해로운 전자기파가 유발하는 두통, 시각장애 등의 증세를 말하는 VDT증후군(Video Display Terminal Syndrome) 등 전자파가 원인으로 규명된 각종 증상을 통하여 알 수 있으며, 이 외에도 송전선로 인근 주민의 암발생 증가와 휴대전화 장기 사용자의 뇌종양 발병 등 다수의 연구결과가 보고되고 있다.

특히, 이동통신 기술의 발달과 개인이동통신의 대중화로 인하여, 휴대전화 등의 이동통신기기에서 발생되는 고 주파수의 전자파에 사용자가 무방비로 노출되고, 이러한 이동통신기기의 사용 중 두개골 부위의 체온이 상승하는 등 인체에 해로운 영향을 미칠 가능성에 대한 연구와 문제 제기가 계속되고 있다.

이에 따라 개인이동통신이 보편화 되어 있는 선진국에서는 전자파가 인체에 유해하다는 가정하에 협회나 학회 등 민간기관에서 전자파 노출에 대한 인체보호기준을 마련하여 권고기준 등으로 시행하고 있으며, 일부 국가에서는 이를 강제기준으로 적용하여 시행하고 있다.

이렇듯 전자파의 인체 유해성에 대한 관심과 경각심이 높아짐에 따라, 전자파의 발생을 최소화한 전기, 전자기기나, 발생된 전자파를 흡수하는 전자파흡수체에 대한 연구, 개발이 활발하게 진행되고 있으며, 특히 각종 전기, 전자기기에 부착함으로써 발생된 전자파를 흡수하는 다양한 형태의 전자파흡수체가 개발되어 안 테나나 모니터 등에 내장 또는 외장형 부품으로 적용되고 있다.

전자파흡수체로는 페라이트(Ferrite)계 전자파흡수체를 대표적인 예로 들 수 있는데, 페라이트란 900℃ 이하에서 안정한 체심입방결정(體心立方結晶)의 철화합물에 합금원소 또는 불순물이 녹아서 된 고용체(固溶體)로서, 주로 소결(燒結)을 통하여 전자파흡수체로 제조되게 된다.

이러한 소결을 통한 페라이트 전자파흡수체는 충격에 약한 특성이 있어 취성파괴(脆性)가 일어나기 쉬운 약점이 있고, 분말체(粉末體)를 금형에 넣고 압력을 가하여 성형하고 가열하는 소결과정에 발생하는 수축으로 인하여 완제품의 치수안정성이 떨어질 뿐 아니라 수축율을 고려하여 금형을 제작하여야 하는 등 성형상의 애로점이 많으며, 소결의 특성상 복잡한 형상의 금형을 적용하기가 어려우므로 성형성이 떨어지는 문제점이 있다.

특히, 근래 전자파흡수체의 최대 수요처가 휴대전화안테나 등 각종 휴대용 전기, 전자기기임을 고려할 때, 휴대시 전자파 흡수체가 진동이나 충격에 노출되기 쉬우므로 충격에 대한 취약성은 심각한 문제점이 아닐 수 없으며, 낮은 성형성과 치수 안정성으로 인한 제조원가 부담 또한 급격히 증가하는 전자파흡수체의 수요를 고려할 때 심각한 문제가 아닐 수 없다.

또한, 일반적으로 페라이트의 성형과정에서 성형성을 높이기 위하여 첨가하는 바인더(Binder)로는 PVA가 있다. 그러나 PVA는 건조된 상태로는 분쇄, 혼합이 어렵고, 성형시에도 분균일한 성형물이 형성되는 문제가 발생된다. 그래서 일반적으로 용액 상태로 만들어 혼합하고 건조하여 성형을 하는 방법을 사용하여 상대적 으로 공정이 복잡하게 시행되는 문제점이 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 투자손실을 감소시키고 투자율을 증가시킬 수 있는 RF용 전자부품을 소결하여 제조하는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 페라이트의 응집력을 향상시켜 성형체를 용이하게 성형할 수 있는 RF용 전자부품을 소결하여 제조하는 방법을 제공함에 있다.

상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 페라이트로 구성된 RF용 전자부품을 소결하여 제조하는 방법에 있어서, RF용 전자부품을 소결하여 제조하는 방법은 상기 페라이트에 암모늄 알지네이트를 첨가하여 소결시키도록 구비된다.

이 때, 상기 페라이트는 스피넬 구조(spinel structure)를 갖는 것이 바람직하며, 상기 암모늄 알지네이트는 상기 페라이트에 3wt%의 중량비로 첨가되는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 페라이트는 600℃ 내지 1400℃의 온도범위에서 소결되는 것이 바람직하다.

상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, RF용 전자부품을 소결하여 제조하는 방법은 페라이트에 암모늄 알지네이트를 3wt%로 칭량 및 혼합하고, 물을 첨가하면서 혼합하여 겔을 형성하는 단계, 상기 겔을 85℃ 내지 95℃의 온도 범위에서 건조하여 건조물을 형성하는 단계, 상기 건조물을 분쇄하여 상기 암모늄 알지네이트가 코팅된 페라이트 분체를 생성하는 단계, 상기 페라이트 분체를 압축 성형하는 단계 및 상기 압축 성형된 페라이트 분체를 소결하는 단계를 포함한다.

이 때, 상기 페라이트는 M_XFe_(3-X)O₄의 조성으로서, 상기 M은 Mg 또는 Co 중 적어도 하나이고, 상기 X는 1 또는 2 중 하나인 것을 특징으로 하는 스피넬 페라이트(spinel ferrite)인 것이 바람직하다.

또한, 상기 압축 성형하는 단계는 상기 페라이트 분체에 2내지 6톤의 하중으로 압력을 제공하여 압축하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 소결하는 단계는 600℃ 내지 1400℃의 온도범위에서 시행되는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 따르면, 투자손실을 감소시키고 투자율을 증가시킬 수 있는 이점이 있으며, 이에 따라 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 암모늄 알지네이트를 첨가하여 페라이트의 응집력을 향상시켜 성형체를 용이하게 성형할 수 있는 수 있는 효과가 있다.

또한, 이로인하여 상기 페라이트의 성형물의 밀도를 상대적으로 균일하게 유지할 수 있으므로, 손실과 투자율을 일정하게 유지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 페라이트의 성형과정에서 첨가하는 바인더(binder)로서 쓰이는 PVA를 사용하지 않으므로써, 상기 바인더 용액을 제조하는 과정을 생략할 수 있으므로, 혼합과정이 간단해 지는 이점이 있고, 이에 따라 간단한 공정으로 상기 페라이트를 성형할 수 있는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 이하 설명에서는 구성 및 기능이 거의 동일하여 동일하게 취급될 수 있는 요소는 동일한 참조번호로 특정될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 RF용 전자부품을 소결하여 제조하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

상기 RF용 전자부품을 소결하여 제조하는 방법은 상술한 페라이트로 구성된 RF용 전자부품을 제조하는 방법을 대표적으로 예를 들어 설명하기로 한다.

여기서, 상기 RF용 전자부품은 암모늄 알지네이트를 첨가하여 소결시키도록 구비된다.

여기서, 알지네이트(Alginate)는 해조류와 박테리아류에 다량 포함되어있는 다당류 물질로, 해조류로부터 추출된 β-1,4-D-manuronic acid와 β-1,4-L-glucuronic acid 의 중합체로 Mg를 제외한 Ca, Al 등 2가 이상의 금속이온과 접촉하면 용이하게 겔화(gellation)된다. 이 manuronic acid, glucuronic acid에 존재하는 carboxyl group이 다가 금 속이온이 매개하는 chelate 결합에 의해 가교화되며 인체에는 무해하고 상온에서 gellation이 되기 때문에 미생물 및 동 물세포의 고정화에 잘 이용된다.

또한 미생물의 배양에서도 alginate는 metabolic activity를 장기간 유지시켜주어 고정화 물질로 주로 사용되며 고정화 과정이 매우 간단하고, 값도 비교적 저렴하다는 장점이 있다.

또한, 상기 암모늄 알지네이트(Ammonium Alginate)는 알긴산암모늄이라고도 불리며, 백색 또는 엷은 황색의 섬유상, 알갱이, 과립 또는 분말로서 거의 냄새가 없고 맛이 없으며, 화학식은 (C₆H₇O₆NH₄)_n이다. 일반적으로 유백색 분체로 물에 매우 쉽게 용해되고 적은 양의 물로도 점성이 높은 겔(gel) 상태가 되는 특징을 가지며, 물에 녹이면 점조한 용액이 되고, 탄산나트륨, 수산화나트륨, 인산나트륨에 천천히 녹는다.

이 때, 상기 페라이트는 상술한 바와 같이, 약 600℃ 내지 1400℃에서 열처리, 즉, 소결과정을 거치는 금속산화물의 합성체로서 금속 산화물의 소결분체는 응집력이 약하여 성형체를 만드는 과정에서 성형체가 만들어지지 않으므로, 상기 암모늄 알지네이트를 첨가하여 혼합함으로써, 성형성을 높일 수 있는 이점이 있다.

즉, 상기 페라이트의 성형과정에서 첨가하는 바인더(binder)로서 쓰이는 PVA를 사용하지 않으므로써, 상기 바인더 용액을 제조하는 과정을 생략할 수 있으므로, 혼합과정이 간단해 지는 이점이 있고, 이에 따라 간단한 공정으로 상기 페라이트를 성형할 수 있는 효과가 있다.

여기서, 상기 암모늄 알지네이트는 상기 페라이트에 3wt%의 중량비로 첨가되 어, 물을 첨가한 상태에서 서로 혼합되고, 상기 암모늄 알지네이트의 상술한 특성에 따라, 건조하여 성형될 수 있도록 하며, 상술한 상기 페라이트로 구성된 RF용 전자부품을 소결하여 제조하는 방법을 좀 더 상세히 설명하기 위하여 도 1을 제시한다. 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페라이트로 구성된 RF용 전자부품을 소결하여 제조하는 방법을 순서대로 도시한 순서도이다.

이에 도시된 바와 같이, 먼저, 페라이트에 암모늄 알지네이트를 혼합하고, 물을 첨가하면서 혼합하여 겔을 형성하는 단계(S1)를 거친다. 이 때, 상술한 바와 같이, 상기 암모늄 알지네이트는 상기 페라이트에 대해 3wt%로 칭량 및 혼합된다.

여기서, 상기 페라이트는 M_XFe_(3-X)O₄의 조성으로서, 상기 M은 Mg 또는 Co 중 적어도 하나이고, 상기 X는 1 또는 2 중 하나인 것을 특징으로 하는 스피넬 페라이트(spinel ferrite)로 구비된다.

여기서, 상기 스피넬 페라이트라 함은 스피넬 구조(spinel structure)를 가지는 페라이트로서, 상기 스피넬 구조는 첨정석(尖晶石: MgAl₂O₄)과 같은 화학식 XY₂O₄로 나타낼 수 있는 산화물에서 볼 수 있는 결정구조로, 정(正)스피넬 구조와 역(逆)스피넬구조로 나뉘는데, 보통 강자성 또는 페리자성을 나타낸다.

산소원자가 거의 면심입방최밀구조를 차지하며 X^2＋은 4개의 산소원자로 둘러싸인 사면체 위치를, 또 Y^3＋금속원자는 6개의 산소원자로 둘러싸인 팔면체를 차지하고 있다. 이것을 정(正)스피넬 구조라고 한다. 한편, 사면체 위치를 Y3＋이 차지 하고 또 팔면체 위치를 X^2＋과 Y^3＋이 절반씩 차지하고 있는 것을 역(逆)스피넬구조라고 한다.

어느 것이나 단위격자 속에는 XY2O4 가 8개 포함되어 있으며,이러한 구조를 가진 결정은 강자성 또는 페리자성을 나타내는 것이 일반적이다.

다음, 상기 겔을 건조하여 건조물을 형성하는 단계(S2)를 거치되, 상기 겔을 85℃ 내지 95℃의 온도 범위에서 건조하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 90℃의 온도에서 상기 겔을 건조하도록 한다. 이에 따라, 상기 겔 상태에서 상기 페라이트 및 상기 암모늄 알지네이트만 남고, 물이 제거된 상태의 건조물이 생성된다.

다음, 상기 건조물을 분쇄하여 상기 암모늄 알지네이트가 코팅된 페라이트 분체를 생성하는 단계(S3)를 거친다.

다음, 상기 페라이트 분체를 압축 성형하는 단계(S4)를 거친다. 상술한 바와 같이, 일반적인 페라이트는 응집력이 상대적으로 약하여 성형체를 만들기가 곤란한 문제점이 있으나, 상기 암모늄 알지네이트로 인해 상기 페라이트 분체는 용이하게 성형이 가능한 이점이 있다.

이 때, 상기 페라이트 분체를 압축 성형하기 위하여 상기 페라이트 분체에 2 내지 6 ton의 하중의 압력을 제공하여 압축하는 것이 바람직하다.

다음, 상기 압축 성형된 페라이트 분체를 소결하는 단계(S5)를 거침으로써 상기 RF용 전자부품을 소결하여 제조하는 방법이 완료된다.

이 때, RF용 전자부품 중 안테나에서는 투자손실과 투자율에 따라 효율에 큰 영향을 받는다. 특히, 상기 안테나에서 손실의 감소에 따른 효율의 증가효과는 매우 크게 나타나며, 또한, 투자율의 증가는 단축비를 향상시킬 수 있으므로, 더욱 소형화된 안테나 제작도 가능함은 물론이다.

여기서, 페라이트의 유전손실과 투자손실에 의한 효율(Efficiency)변화를 표로 나타낸 표 １은 다음과 같다.

이다.

이에 제시된 바와 같이, 유전율과 투자율이 각각 10인 상기 페라이트의 유전손실(Dielectric Loss Tangent) 및 투자손실(Margnetic Loss Tangent)에 따른 효율변화를 살펴보면, 각각의 손실이 늘어나면 늘어날 수도록 상기 효율은 감소하는 것으로 나타난다.

즉, 상기 유전손실 및 상기 투자손실을 최소화 함으로써 효율의 증가효과는 매우 크게 나타남을 알 수 있다.

여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 RF용 전자부품을 소결하는 제조하는 방법에 의해 생성된 RF용 전자부품과 종래의 방법으로 성형된 RF용 전자부품의 투자율과 손실에 대해 비교하여 설명하기 위하여 도 ２내지 도 ３을 제시한다. 도 ２는 종래의 방법으로 성형된 RF용 전자부품의 투자율과 손실을 도시한 그래프이고, 도 ３은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 RF용 전자부품을 소결하는 제조하는 방법에 의해 생성된 RF용 전자부품의 투자율과 손실을 도시한 그래프이다. 참고로, 종래의 방법이라 함은 상술한 바인더로 PVA로 성형한 페라이트를 칭하고, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방법으로 성형된 RF용 전자부품은 암모늄 알지네이트가 첨가된 페라이트를 의미한다.

이에 도시된 바와 같이, 먼저 종래의 상기 PVA로 성형한 페라이트와 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페라이트의 투자손실을 비교하면,투자손실를 감소시키고 투자율을 향상시킬 수 있다.

여기서, 간단히 상기 투자손실에 대해 설명하기 위하여 먼저 투자율(Permeability) 에 대해 설명하면, 상기 투자율은 어떤 물질에서 자 어떤 물질에서 자기장의 힘(H)과 자속밀도(B)의 비를 의미하는 계수로써 문자로는 μ를 사용한다.

쉽게 설명하면, 자력의 흐름은 자속(Magnetic Flux)이 얼마나 잘 통과하느냐를 의미하는 계수이다. 그러므로 투자율(μ)이 높을수록 들어오는 자속이 더욱 잘 통과되게 된다. 그래서 외부에서 자력이 들어오면 투자율이 높을수록 자화가 잘된다.

자속은 결국 전기력의 전류와 같은 의미로, 자성체로서의 동작정도를 의미하며, 상기 RF용 전자부품에서는 자성체를 쓰는 경우가 그리 많지 않지만 페라이트를 응용하는 경우에는 투자율문제를 따져봐야 한다.

여기서, 상기 투자손실, 즉, 도 ２내지 도 ３의 그래프에서 도시한 Tangent delta 라 함은 유전체의 손실특성을 나타내는 지표로서, 유전체의 복소유전율의 허수부/실수부 의 비로 표현되는 tan δ는 흔히 loss tangent라고 불리운다.

즉, 상술한 투자율, 즉, 상기 실수부가 μ_１이라 하면, 상기 허수부는 μ_２로 나타나고, 상기 손실은 상기 μ_１ 대 μ₂ 의 비율로 나타난다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 RF용 전자부품은 종래의 상기 PVA로 성형한 페라이트에 비하여, 상기 투자손실은 주파수 200MHz를 기준으로 0.06에서 0.03으로 감소하는 것으로 나타난다. 즉, 대략 50％의 투자손실을 감소시킬 수 있다. 그리고, 투자율 또한, 7에서 9로 증가시켜, 대략 30％의 증가를 기대할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페라이트로 구성된 RF용 전자부품을 소결하여 제조하는 방법을 순서대로 도시한 순서도이다.

도 ２는 종래의 방법으로 성형된 RF용 전자부품의 투자율과 손실을 도시한 그래프이다.

도 ３은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 RF용 전자부품을 소결하는 제조하는 방법에 의해 생성된 RF용 전자부품의 투자율과 손실을 도시한 그래프이다.

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 페라이트에 암모늄 알지네이트를 3wt%로 칭량 및 혼합하고, 물을 첨가하면서 혼합하여 겔을 형성하는 단계;

   상기 겔을 85℃ 내지 95℃의 온도 범위에서 건조하여 건조물을 형성하는 단계;

   상기 건조물을 분쇄하여 상기 암모늄 알지네이트가 코팅된 페라이트 분체를 생성하는 단계;

   상기 페라이트 분체를 압축 성형하는 단계; 및

   상기 압축 성형된 페라이트 분체를 소결하는 단계;

   를 포함하는 RF용 전자부품을 소결하여 제조하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 페라이트는 MXFe(3-X)O4의 조성으로서, 상기 M은 Mg 또는 Co 중 적어도 하나이고, 상기 X는 1 또는 2 중 하나인 것을 특징으로 하는 스피넬 페라이트(spinel ferrite)인 것을 특징으로 하는 RF용 전자부품을 소결하여 제조하는 방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 압축 성형하는 단계는 상기 페라이트 분체에 2내지 6톤의 하중으로 압력을 제공하여 압축하는 것을 특징으로 하는 RF용 전자부품을 소결하여 제조하는 방법.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 소결하는 단계는 600℃ 내지 1400℃의 온도범위에서 시행되는 것을 특징으로 하는 RF용 전자부품을 소결하여 제조하는 방법.

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