KR101111623B1 - 유전체 및 유전체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

유전체 및 유전체의 제조방법이 개시된다. 고분자 기재(Matrix)를 사용하는 유전체에 있어서, 하기 화학식 1로 표시되며, 하기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러를 포함하는 유전체를 이용하여, 온도변화에 따라 안정된 유전율을 가지면서도 높은 유전율을 가지는 유전체를 제조할 수 있다.

[화학식 1]

Ba_{1 - x}Sr_xTiO₃

상기 x는 0< x ≤1의 범위이다.

유전율, 캐패시터, 세라믹 필러

Description

유전체 및 유전체의 제조방법{DIELECTRIC BODY AND METHOD FOR PRODUCING THEREOF}

본 발명은 유전체 및 유전체의 제조방법에 관한 것이다.

전자기기의 소형화 및 컨버젼스에 따라, 저항, 인덕터, 캐패시터 등의 수동부품의 내장화 기술에 대한 중요도는 점점 높아져 가고 있다. 특히 다른 수동부품에 비해 기판에 많은 수가 실장되는 캐패시터의 내장화 기술에 대한 중요도는 더 높다.

디커플링(decoupling)용 캐패시터 또는 시그날 매칭용 캐패시터의 경우, 높은 용량값과 낮은 인덕턴스 값이 요구되지만 이에 대한 개발은 미흡한 실정이다.

이와 관련하여 현재 개발되고 있는 유무기 복합재료의 경우는 낮은 유전율이 문제가 되며, 세라믹 박막의 경우는 높은 공정비 및 신뢰성에 문제가 있어 실제 제품의 적용에는 많은 어려움이 있다.

종래의 캐패시터 내장용 유무기 복합재료 절연층은 높은 유전율을 갖는 세라믹 분말을 필러로 첨가하는 경우, 균일한 분산도를 확보함과 동시에 높은 첨가 충진율을 확보하는데 제한이 있어, 유전체(복합재료)의 유전율을 높이는 데 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 통상적인 고분자 재료의 열팽창 특성으로 인해, 유전체의 온도에 따른 안정한 유전율을 확보하는데 많은 어려움이 있다. 물론 이 경우 고분자재료의 TCC(Temperature coefficient of capacitance)를 보완할 수 있는 세라믹 필러의 적용을 통해 개선할 수 있는 기술이 개발되고 있지만, 이 경우, 고분자재료의 TCC 특성에 따라 항상 최적의 세라믹 필러를 찾는 어려움이 있다.

또한, 기존의 고분자 기재 내에 세라믹 필러를 분산하는 방법은, 용매의 증발단계 시 또는 공정 대기를 위해 저장되어 있는 시간 동안, 고분자 용액에 비해 상대적으로 높은 비중을 갖는 세라믹 분말의 침강으로 높은 균일도를 갖는 유전체를 제조하기 어려우며, 첨가량을 높이는데 있어서도 많은 제약 사항이 따라왔다.

이에 본 발명자들은 온도변화에 따라 안정된 유전율을 가지면서도 높은 유전율을 가지는 유전체를 개발하게 되었다. 또한, 본 발명자들은 고분자 기재 내에 세라믹 필러를 분산하는 방법을 개선하여, 상기 유전체를 효과적으로 제조할 수 있는 방법을 개발하기에 이르렀다.

본 발명의 일 측면에서는, 고분자 기재를 사용하는 유전체에 있어서,하기 화학식 1로 표시되며, 하기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러를 포함하는 유전체를 제공한다.

[화학식 1]

Ba_{1 - x}Sr_xTiO₃

상기 x는 0< x ≤1의 범위이다.

일 실시예에 따르면, 상기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러의 총 양은 상기 유전체 부피 대비 10부피%(vol.%) 내지 60부피%일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 유전체에 사용되는 상기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러의 종류 및 상기 사용되는 세라믹 필러의 양은, 온도의 변화에도 일정한 TCC(ppm/℃) 값을 유지할 수 있도록 제어될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 유전체는 -55 내지 125℃ 온도범위에서 -300 내지 300 ppm/℃의 TCC를 가질 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러는 Ba_0.9Sr_0.1TiO₃, Ba_{0 .8}Sr_{0 .2}TiO₃, Ba_{0 .7}Sr_{0 .3}TiO₃, Ba_{0 .6}Sr_{0 .4}TiO₃ 및 Ba_{0 .5}Sr_{0 .5}TiO₃를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러의 총 양은 상기 유전체 부피 대비 20 내지 40부피%일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러 중, 상기 Ba_0.9Sr_0.1TiO₃는 20 ~ 30부피%, 상기 Ba_{0 .8}Sr_{0 .2}TiO₃는 0.1 ~ 1부피%, 상기 Ba_0.7Sr_0.3TiO₃는 0.1 ~ 1부피%, 상기 Ba_{0 .6}Sr_{0 .4}TiO₃는 0.1 ~ 2부피% 및 상기 Ba_0.5Sr_0.5TiO₃는 0.1 ~ 1부피%일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에서는, (a) 고분자 기재가 용해 가능한 제 1 용매 및 상기 고분자 기재를 혼합하여 고분자 용액을 제조하는 단계; (b) 상기 제 1 용매, 분산제 및 세라믹 필러를 혼합하여 세라믹 필러 졸(Sol)을 제조하는 단계; (상기 (a)단계와 상기 (b)단계는 순서에 관계없음) (c) 상기 고분자 용액 및 상기 세라믹 필러 졸을 혼합하여 분산액을 제조하는 단계; (d) 상기 제 1 용매와 불용성인 제 2 용매에 상기 분산액을 드랍렛(droplet) 상태로 떨어뜨려 상기 세라믹 필러가 분산된 고분자 기재를 석출하는 단계; 및 (e) 상기 석출된 고분자 기재를 건조하여 용매를 증발시키는 단계; 를 포함하는 유전체의 제조방법을 제공한다.

일 실시예에 따르면, 상기 세라믹 필러는, 하기 화학식 1로 표시되며, 하기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러를 포함할 수 있다.

[화학식 1]

Ba_{1 - x}Sr_xTiO₃

상기 x는 0< x ≤1의 범위이다.

일 실시예에 따르면, 상기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러의 총 양은 상기 유전체 부피 대비 10부피%(vol.%) 내지 60부피%일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 유전체에 사용되는 상기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러의 종류 및 상기 사용되는 세라믹 필러의 양은, 온도의 변화에도 일정한 TCC(ppm/℃) 값을 유지할 수 있도록 제어될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러는 Ba_0.9Sr_0.1TiO₃, Ba_{0 .8}Sr_{0 .2}TiO₃, Ba_{0 .7}Sr_{0 .3}TiO₃, Ba_{0 .6}Sr_{0 .4}TiO₃ 및 Ba_{0 .5}Sr_{0 .5}TiO₃를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러의 총 양은 상기 유전체 부피 대비 20 내지 40부피%일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러 중, 상기 Ba_0.9Sr_0.1TiO₃는 20 ~ 30부피%, 상기 Ba_{0 .8}Sr_{0 .2}TiO₃는 0.1 ~ 1부피%, 상기 Ba_0.7Sr_0.3TiO₃는 0.1 ~ 1부피%, 상기 Ba_{0 .6}Sr_{0 .4}TiO₃는 0.1 ~ 2부피% 및 상기 Ba_0.5Sr_0.5TiO₃는 0.1 ~ 1부피%일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제 1 용매는 톨루엔이며, 상기 제 2 용매는 메탄올일 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에서는, 전술한 유전체를 이용한 캐패시터 내장형 기판용 절연재료를 제공한다.

본 발명의 또 다른 측면에서는, 전술한 유전체를 이용한 캐패시터 내장형 기판을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 온도변화에 따라 안정된 유전율을 가지면서도 높은 유전율을 가지는 유전체를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 고분자 기재 내에 세라믹 필러 를 높은 분산율로 분산할 수 있어 상기 유전체를 효과적으로 제조할 수 있다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 유전체 및 유전체의 제조방법의 바람직한 실시예를 첨 부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에서는 고분자 기재(Matrix)를 사용하는 유전체에 있어서, 하기 화학식 1로 표시되며, 하기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러를 포함하는 유전체를 제공할 수 있다.

[화학식 1]

Ba_{1 - x}Sr_xTiO₃

상기 x는 0< x ≤1의 범위일 수 있다.

본 발명에 사용될 수 있는 고분자 기재는 유전체로 사용될 수 있다면 제한되지 않는다. 예를 들어, 에폭시계 기재 또는 폴리페닐렌 설파이드(Poly Phenylene Sulfide, PPS)계 기재가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 높은 주파수에서 유전손실 값이 작고, 온도에 따른 치수변화가 적으며, 내습성 및 내화학성이 우수한 폴리페닐렌 옥사이드(Poly phenylene oxide, PPO) 또는 액정 고분자(Liquid Crystal Polymer) 등이 사용될 수 있다.

전술한 x 값은 고분자 기재의 특성에 따라 온도에 따른 높은 유전율의 안정성을 확보하기 위하여 선택될 수 있다. x 값에 따라서 퀴리온도(Curie temperature)를 조절할 수 있으며, Sr의 조성이 많아짐에 따라 퀴리온도가 낮아지 는 특성이 있다. 즉, Sr의 함량에 따라, 온도에 따른 유전율의 변화를 작게 할 수 있다.

x 값은 예를 들어, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 또는 0.5로 선택될 수 있다. 그에 따른 세라믹 필러에 대해, 이하 약자로 Ba_{0 .9}Sr_{0 .1}TiO₃는 BST01로, Ba_{0 .8}Sr_{0 .2}TiO₃는 BST02로, Ba_{0 .7}Sr_{0 .3}TiO₃는 BST03으로, Ba_{0 .6}Sr_{0 .4}TiO₃는 BST04로, Ba_{0 .5}Sr_{0 .5}TiO₃는 BST05로 지칭할 수 있다.

도 1은 x 값을 달리하는 세라믹 필터를 이용하여 제조된 디스크의 유전율을 측정한 그래프이다. 디스크는 1230℃에서 2시간 동안 소결하여 제조하였다(d=10mm, t=1mm).

도 1에서 알 수 있듯이, x 값에 따라 온도에 따른 유전율이 상이함을 알 수 있다.

상기 x 값이 1을 초과하는 완전 고용체는 존재하지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러는 유전체 부피 대비 10부피%(vol.%) 내지 60부피%일 수 있다.

세라믹 필터의 함량이 10부피% 미만인 경우는 유전율의 향상에 영향을 미치지 못하며, 60부피%를 초과하는 경우는 필러계면의 세공(Pore) 등의 문제로 유전율이 더 이상 증가하지 못하는 문제점이 있다. 더 바람직하게는 유전체 부피 대비 20 내지 40부피%일 수 있다.

도 2는 디스크 형태로 제작된 복합체의 양면에 은페이스트로 전극을 형성한 다음 측정한 유전율에 관한 그래프이며, 도 3은 그에 따른 유전손실에 관한 그래프이다.

세라믹 필러의 첨가에 따라 유전율과 유전손실이 커지는 것을 알 수 있으며, 30부피% 이하에서는 유전손실이 0.004 이하의 낮은 값을 가지는 것을 알 수 있다.

바람직하게는, 상기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러는 Ba_{0 .9}Sr_{0 .1}TiO₃, Ba_0.8Sr_0.2TiO₃, Ba_{0 .7}Sr_{0 .3}TiO₃, Ba_{0 .6}Sr_{0 .4}TiO₃ 및 Ba_{0 .5}Sr_{0 .5}TiO₃를 포함할 수 있다.

상기 유전체에 사용되는 상기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러의 종류 및 상기 사용되는 세라믹 필러의 양은, 온도의 변화에도 일정한 TCC(ppm/℃) 값을 유지할 수 있도록 제어될 수 있다.

예를 들어 커패시터에 이용될 수 있는 바람직한 물성인, -55 내지 125℃ 온도범위에서 -300 내지 300 ppm/℃의 TCC를 가질 수 있다. 보다 바람직하게는 -30 내지 30 ppm/℃의 TCC를 가질 수 있다.

제어된 세라믹 필러의 종류 및 양의 일 예는, 상기 Ba_{0 .9}Sr_{0 .1}TiO₃는 20 ~ 30부피%, 상기 Ba_{0 .8}Sr_{0 .2}TiO₃는 0.1 ~ 1부피%, 상기 Ba_{0 .7}Sr_{0 .3}TiO₃는 0.1 ~ 1부피%, 상기 Ba_0.6Sr_0.4TiO₃는 0.1 ~ 2부피% 및 상기 Ba_{0 .5}Sr_{0 .5}TiO₃는 0.1 ~ 1부피% 등으로 이루어질 수 있다.

2종 이상의 세라믹 필러를 상기 범위와 같이 포함할 경우 다양한 온도에서 안정적이 캐패시턴스(Capacitance variation) 값과 TCC(Temperature coefficient of capacitance) 값을 가질 수 있다. 즉, 높은 유전율을 가지는 여러 조성의 BST 세라믹 필러를 이용하여, 온도변화에 따라 안정된 유전율을 가지면서도 높은 유전율을 가지는 복합재료를 제조할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에서는 (a) 고분자 기재가 용해 가능한 제 1 용매 및 상기 고분자 기재를 혼합하여 고분자 용액을 제조하는 단계; (b) 상기 제 1 용매, 분산제 및 세라믹 필러를 혼합하여 세라믹 필러 졸(Sol)을 제조하는 단계; (상기 (a)단계와 상기 (b)단계는 순서에 관계없음) (c) 상기 고분자 용액 및 상기 세라믹 필러 졸을 혼합하여 분산액을 제조하는 단계; (d) 상기 제 1 용매와 불용성인 제 2 용매에 상기 분산액을 드랍렛(droplet) 상태로 떨어뜨려 상기 세라믹 필러가 분산된 고분자 기재를 석출하는 단계; 및 (e) 상기 석출된 고분자 기재를 건조하여 용매를 증발시키는 단계;를 포함하는 유전체의 제조방법을 제공한다.

상기 고분자 기재와 용해도 상수의 차이가 작은 제 1 용매는 톨루엔일 수 있으며, 사용되는 고분자 기재의 용해여부에 따라 선택된다. 고분자 기재를 용해시킬 수 있으며, 이후의 단계에서 증류(Distillation)될 수 있다면 그 종류에 제한되지 않는다.

상기 제 2 용매는 제 1 용매와 불용성인 용매로서, 메탄올일 수 있다.

기존의 분산방법을 통해 유전체를 제조하게 되는 경우, 분산된 세라믹 필러의밀도가 고분자 기재 및 용매보다 크기 때문에 공정의 대기 또는 건조단계 시, 세라믹 필러의 침강으로 인해 불균일이 초래된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 의하면, 제 1 용매를 이용한 분산액을 제 1 용매와 제 1 용매와 불용성인 제 2 용매에 드랍렛 상태로 떨어뜨리는 것에 의해, 상기 세라믹 필러가 고분자 기재 내에 균일하게 분포된 상태로 석출될 수 있도록 한다. 즉, 세라믹 필러의 높은 분산도를 가지는 복합재료를 제조할 수 있다.

세라믹 필러가 균일하게 분산된 고분자 기재를 석출한 후 용매를 증발시키고 막자사발로 분쇄하여 고분산된 고분자-세라믹 복합 과립체(Granule)을 제조할 수 있다. 제조된 과립체는 고온 프레스 몰딩 또는 사출 등의 방법으로 성형될 수 있다.

상기 방법에 이용될 수 있는 세라믹 필러의 종류 및 사용될 수 있는 부피%는 전술한 바와 같다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 유전체를 이용한 캐패시터 내장형 기판용 절연체 및 상기 기판을 제공한다.

이하 실시예를 참조하여 설명한다.

실시예

폴리페닐렌 옥사이드(PPO)는 Poly(2,6-dimethyl phenylene oxide)(Sigma Aldrich社)를 사용하였으며, 상기 재료의 유전율을 측정하기 위하여 310℃ 온도 및 6 kgf/cm²의 압력에서 고온 프레스 몰딩으로 40mm 직경 및 약 1mm의 두께를 갖는 디스크를 제작하여 온도에 따른 유전율을 측정하였다.

제조 과정은 다음과 같다.

먼저 PPO를 톨루엔(toluene)에 약한 열을 가하면서 마그네틱 스터러(magnetic stirrer)를 이용하여 완전히 녹여 고분자 용액(Polymer solution)을 준비하였다.

BST 세라믹 필러를 톨루엔에 분산시켜 세라믹 필러 졸(Sol)을 제조하였다. 분산시 초음파 호모게나이저(Ultrasonic homogenizer)를 이용하였다. 이때 triton x-100 (Sigma Aldrich, 美)을 분산제로 사용하였다. 세라믹 필러의 분산양은 이후 실험에 따라 계산에 의해 조절하였으며 이후 실험에 필요한 세라믹 필러의 종류와 양은 아래 표 1과 같다.

[표 1]

필러의 종류	필러의 양(유전체 부피에 대비하여)
Ba0 .9Sr0 .1TiO3 (BST01)	10부피%	20부피%	30부피%	40부피%	50부피%	60부피%
Ba0 .8Sr0 .2TiO3 (BST02)	10부피%	20부피%	30부피%	40부피%	50부피%	60부피%
Ba0 .7Sr0 .3TiO3 (BST03)	10부피%	20부피%	30부피%	40부피%	50부피%	60부피%
Ba0 .6Sr0 .4TiO3 (BST04)	10부피%	20부피%	30부피%	40부피%	50부피%	60부피%
Ba0 .5Sr0 .5TiO3 (BST05)	10부피%	20부피%	30부피%	40부피%	50부피%	60부피%

각각 준비된 고분자 용액과 세라믹 필러 졸을 마그네틱 스터러를 이용하여 혼합시킨 후, 이를 다시 초음파 호모게나이저로 완전히 분산시켰다. 이렇게 제조된 분산액을 마그네틱 스터러로 계속 교반을 시키면서, 디스펜서(dispenser)를 이용하여 한방울씩 톨루엔과 용해도 상수(solubility parameter)차가 큰 메틸 알코 올(methyl alcohol)에 떨어뜨렸다.

BST 세라믹 필러가 분산된 상태의 고분자 기재가 스펀지 형상으로 메틸 알코올에서 석출되며, 이 석출물을 80도의 오븐에서 건조시켜, 용매를 완전히 증발시킨 후 이를 분쇄하여 미립상을 얻었다.

건조 및 분쇄를 통하여 얻은 미립상을 금형에 넣고 고온 프레스를 이용하여 310도에서 20분간 6kgf/cm²의 압력으로 디스크 형상의 시편을 제조하였다.

실험예 1.

전술한 실시예 중 세라믹 필러를 BST01로 결정한 후 유전체를 제조하였다. 세라믹 필러의 부피%에 따른 세라믹 필러의 손실여부에 대해 실험하였다. 분석은 TGA 분석을 이용하였다.

표 2 에서 알 수 있듯이, 높은 필러 함량을 가지는 유전체에서도 밀도차에 의한 세라믹 필러의 침강에 따른 필러 함량의 손실 없이 설계된 필러 함량을 갖는 유전체를 제조할 수 있음을 알 수 있었다.

[표 2]

	Real BST input (wt%)	TGA residual (wt%)
0 vol%	0	0.05
10 vol%	34.24	33.61
20 vol%	53.79	53.64
30 vol%	66.43	66.32
40 vol%	75.28	75.03
50 vol%	81.82	81.81
60 vol%	86.84	86.18

상기 표 1에 대한 결과 그래프는 도 4와 같다.

이는 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체의 제조방법이 필러가 고함량된 유전체의 제조에 효과적임을 나타낸다.

실험예 2.

각 세라믹 필러의 종류, 첨가량 및 온도에 따른 유전율의 변화에 대해 실험하였다.

캐패시턴스 값(Capacitance variation)은 25도에서의 값을 기준으로 하였으며, TCC는 아래의 식으로 계산하였다.

[수학식 1]

BST01의 결과는 도 5에, BST02의 결과는 도 6에, BST03의 결과는 도 7에, BST04의 결과는 도 8에, BST05의 결과는 도 9에서 알 수 있다.

대부분의 BST에서 세라믹 필러의 함량이 30부피%일 때 온도에 따른 TCC의 변화량이 작음을 알 수 있었다.

상기 도 5 내지 도 9의 그래프의 결과를 표 3에 정리하였다.

[표 3]

Filler	Addition content (vol%)	Capacitance variation (%)	TCC (ppm/oC)
PPO		-0.77 ~ 0.21	-173 ~ -14
Ba0 .9Sr0 .1TiO3	10	-1.40 ~0.28	-186 ~ -14
	20	-1.83 ~ 0.29	-194 ~ -20
	30	-1.58 ~ 0.19	-158 ~ -16
	40	-0.97 ~ 0.61	-97 ~ 122
	50	-1.46 ~ 1.17	42 ~ 243
	60	-2.23 ~ 1.50	-45 ~ 300
Ba0 .8Sr0 .2TiO3	10	-1.48 ~ 0.27	-185 ~ -13
	20	-1.89 ~ 0.26	-189 ~ -27
	30	-2.11 ~ 0.15	-211 ~ -8
	40	-2.43 ~ 0.05	-246 ~ 53
	50	-2.39 ~ 0.23	-239 ~ 100
	60	-2.27 ~ 0.99	-123 ~ 297
Ba0 .7Sr0 .3TiO3	10	-1.62 ~ 0.30	-176 ~ -30
	20	-2.77 ~ 0.51	-321 ~ -59
	30	-3.06 ~ 0.50	-306 ~ -63
	40	-4.56 ~ 0.50	-456 ~ -54
	50	-4.77 ~ 0.16	-477 ~ 61
	60	-7.25 ~ 0.24	-725 ~ 106
Ba0 .6Sr0 .4TiO3	10	-1.91 ~ 0.41	-226 ~ -42
	20	-2.80 ~ 0.77	-280 ~ -96
	30	-3.82 ~ 1.05	-381 ~ -131
	40	-5.05 ~ 1.03	-506~ -121
	50	-6.57 ~ 1.77	-657 ~ -221
	60	-9.15 ~ 2.12	-915 ~ -245
Ba0 .5Sr0 .5TiO3	10	-1.86 ~ 0.46	-220 ~ -56
	20	-3.05 ~ 1.10	-351 ~ -138
	30	-4.25 ~ 1.58	-491 ~ -197
	40	-5.73 ~ 2.45	-624 ~ -306
	50	-6.90 ~ 4.10	-709 ~ -512
	60	-9.81 ~ 5.05	-1007 ~ -631

실험예 3.

5종의 BST 세라믹 필러에 각각에 대해 세라믹 필러의 양을 30부피%로 일정하게 한 유전체 및 상기 5종의 BST 세라믹 필러를 각각 6부피% 포함하여 총 30부피%의 세라믹 필러가 포함된 유전체에 대해 실험예 2와 동일한 실험을 하였다.

BST012345는 5종의 세라믹 필러를 각각 6부피%씩 포함한 유전체를 의미한다.

결과는 도 10에서 볼 수 있다. 도 10에 나타나 듯이, BST012345가 각각의 세 라믹 필러의 경우보다 온도의 변화에 대해 좀 더 안정적인 캐패턴스 및 TCC 값을 가지는 것을 알 수 있다.

실험예 4.

상기 실험예 3의 실험결과를 바탕으로, 전체 세라믹 필러의 양을 30부피%로 한정하고, TCC의 온도에 따른 변화를 최소로 하기 위한 각 필러들의 조성을 최적화하였다. 그 결과, 70부피%의 PPO에 세라믹 필러로 Ba_{0 .9}Sr_{0 .1}TiO, Ba_{0 .8}Sr_{0 .2}TiO, Ba_0.7Sr_0.3TiO, Ba_{0 .6}Sr_{0 .4}TiO, Ba_{0 .5}Sr_{0 .5}TiO를 각각 27부피%, 0.6부피%, 0.6부피%, 1.2부피%, 0.6부피% 첨가한 결과 유전율이 7.3, 유전손실이 0.003 이며, 도 11과 같이 -55 ~ 125 ℃ 온도구간에서 TCC가 -30 ~ -10 ppm/℃를 가지는 유전체를 제작할 수 있었다. 상기 유전체는 유전밀도가 215 pF/cm²로 시그날 매칭용 캐패시터 내장재료로 적합한 값을 가진다.

도 11에서 Optimize로 표시된 것이 상기 최적화된 세라믹 필러로, 우수한 온도 변화에 따른 안정성을 가짐을 알 수 있다.

비교예

세라믹 필러를 제외한 Poly(2,6-dimethyl phenylene oxide)(Sigma Aldrich社)만을 사용하여 실시예 1과 같이 디스크 형상의 시편을 제조하였다.

제조된 디스크 형상의 시편의 캐패시턴스 및 TCC를 실험예 2에서와 같은 방 법으로 측정하였으며, 그 결과는 도 12에서 볼 수 있다.

캐패시턴스는 -5 ^oC에서 0.21%로 가장 높은 값을 보였으며, 온도의 변화에 따라 -0.77%까지 큰 폭의 변화를 보였다. TCC 값 역시 온도의 변화에 따라 -173부터 30ppm/ ^oC까지 큰 폭의 변화를 보였다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

도 1은 세라믹 필러의 종류별 온도에 따른 유전율의 변화 그래프.

도 2는 세라믹 필러의 종류별 함량에 따른 유전율의 변화 그래프.

도 3은 세라믹 필러의 종류별 함량에 따른 유전손실의 변화 그래프.

도 4는 세라믹 필러의 종류별 함량에 따라 제조된 유전체의 세라믹 필러의 손실 그래프.

도 5는 BST01의 실험데이터.

도 6는 BST02의 실험데이터.

도 7는 BST03의 실험데이터.

도 8는 BST04의 실험데이터.

도 9는 BST05의 실험데이터.

도 10은 본 발명의 일 실시예인 BST012345의 실험데이터.

도 11은 본 발명의 일 실시예인 각 BST의 함량 최적화와 관련된 실험데이터.

도 12는 본 발명의 비교예인 PPO의 실험데이터.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

BST01 : Ba_{0 .9}Sr_{0 .1}TiO₃ 인 세라믹 필러

BST02 : Ba_{0 .8}Sr_{0 .2}TiO₃ 인 세라믹 필러

BST03 : Ba_{0 .7}Sr_{0 .3}TiO₃ 인 세라믹 필러

BST04 : Ba_{0 .6}Sr_{0 .4}TiO₃ 인 세라믹 필러

BST05 : Ba_{0 .5}Sr_{0 .5}TiO₃ 인 세라믹 필러

BST012345 : BST01, BST02, BST03, BST04 및 BST05를 각각 6부피% 함유한 세라믹 필러

Optimize : 실험예 4의 최적화 세라믹 필러

Claims (17)

1. 고분자 기재(Matrix)를 사용하는 유전체에 있어서,

   하기 화학식 1로 표시되며, 하기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러를 상기 유전체 부피 대비 10부피%(vol.%) 내지 60부피%로 포함하는 유전체:

   [화학식 1]

   Ba_1-xSr_xTiO₃

   상기 x는 0< x ≤0.4의 범위이다.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 유전체에 사용되는 상기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러의 종류 및 상기 사용되는 세라믹 필러의 양은, 온도의 변화에도 일정한 TCC(Temperature coefficient of capacitance, ppm/℃) 값 또는 캐패시턴스 변화(Capacitance variation)를 유지할 수 있도록 제어되는 것을 특징으로 하는 유전체.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 유전체는 -55 내지 125℃ 온도범위에서 -300 내지 300 ppm/℃의 TCC를 가지는 것을 특징으로 하는 유전체.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러는 Ba_0.9Sr_0.1TiO₃, Ba_0.8Sr_0.2TiO₃, Ba_0.7Sr_0.3TiO₃, 및 Ba_0.6Sr_0.4TiO₃으로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러의 총 양은 상기 유전체 부피 대비 20 내지 40부피%인 것을 특징으로 하는 유전체.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러 중 어느 하나가,

   Ba_0.9Sr_0.1TiO₃일 경우 20 ~ 30부피%, Ba_0.8Sr_0.2TiO₃일 경우 0.1 ~ 1부피%, Ba_0.7Sr_0.3TiO₃일 경우 0.1 ~ 1부피%, 및 Ba_0.6Sr_0.4TiO₃일 경우 0.1 ~ 2부피%인 것을 특징으로 하는 유전체.
8. (a) 고분자 기재가 용해 가능한 제 1 용매로서 톨루엔 및 상기 고분자 기재를 혼합하여 고분자 용액을 제조하는 단계;

   (b) 상기 제 1 용매로서 톨루엔, 분산제 및 세라믹 필러를 혼합하여 세라믹 필러 졸(Sol)을 제조하는 단계;

   (상기 (a)단계와 상기 (b)단계는 순서에 관계없음)

   (c) 상기 고분자 용액 및 상기 세라믹 필러 졸을 혼합하여 분산액을 제조하는 단계;

   (d) 상기 제 1 용매로서 톨루엔과 불용성인 제 2 용매로서 메탄올에 상기 분산액을 드랍렛(droplet) 상태로 떨어뜨려 상기 세라믹 필러가 분산된 고분자 기재를 석출하는 단계; 및

   (e) 상기 석출된 고분자 기재를 건조하여 용매를 증발시키는 단계;

   를 포함하는 유전체의 제조방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 세라믹 필러는,

   하기 화학식 1로 표시되며, 하기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러를 상기 유전체 부피 대비 10부피%(vol.%) 내지 60부피%로 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체의 제조방법:

   [화학식 1]

   Ba_1-xSr_xTiO₃

   상기 x는 0< x ≤0.4의 범위이다.
10. 삭제
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 유전체에 사용되는 상기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러의 종류 및 상기 사용되는 세라믹 필러의 양은, 온도의 변화에도 일정한 TCC(ppm/℃) 값을 유지할 수 있도록 제어되는 것을 특징으로 하는 유전체의 제조방법.
12. 제 9 항에 있어서,

    상기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러는 Ba_0.9Sr_0.1TiO₃, Ba_0.8Sr_0.2TiO₃, Ba_0.7Sr_0.3TiO₃, 및 Ba_0.6Sr_0.4TiO₃ 으로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체의 제조방법.
13. 제 9 항에 있어서,

    상기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러의 총 양은 상기 유전체 부피 대비 20 내지 40부피%인 것을 특징으로 하는 유전체의 제조방법.
14. 제 9 항에 있어서,

    상기 x가 상이한 2종 이상의 세라믹 필러 중 어느 하나가,

    Ba_0.9Sr_0.1TiO₃일 경우 20 ~ 30부피%, Ba_0.8Sr_0.2TiO₃일 경우 0.1 ~ 1부피%, Ba_0.7Sr_0.3TiO₃일 경우 0.1 ~ 1부피%, 및 Ba_0.6Sr_0.4TiO₃일 경우 0.1 ~ 2부피%인 것을 특징으로 하는 유전체의 제조방법.
15. 삭제
16. 제 1 항 또는 제 3 항에 따른 유전체를 이용한 캐패시터 내장형 기판용 절연재료.
17. 제 16 항에 따른 절연재료를 이용한 캐패시터 내장형 기판.

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