KR101161614B1 - 비유리계 마이크로파 유전체 세라믹스 및 그 제조방법 - Google Patents

비유리계 마이크로파 유전체 세라믹스 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저온소결이 가능한 비유리계 마이크로파 유전체 세라믹스 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 의한 비유리계 마이크로파 유전체 세라믹스는 M 2+N4+B2O6 (이때, M은 Ba, Ca 또는 Sr이고, N은 Sn, Zr 또는 Ti이다.)의 조성물을 포함한다. 또한, 상기 M 사이트를 상기 Ba, Ca 및 Sr 중의 서로 다른 2개가 복수치환하여 (M1-x 2+Mx 2+)N4+B2O6 (이때, 0＜x＜1)로 되는 조성물과, 상기 N 사이트를 상기 Sn, Zr 및 Ti 중의 서로 다른 2개가 복수치환하여 M2+(N1-y 4+Ny4+)B2O6 (이때, 0＜y＜1)으로 되는 조성물과, 상기 M 사이트를 상기 Ba, Ca 및 Sr 중의 서로 다른 2개가 복수치환하고 상기 N 사이트를 상기 Sn, Zr, 및 Ti 중의 서로 다른 2개가 복수치환하여 (M1-x 2+Mx 2+)(N1-y 4+Ny 4+)B2O6의 조성식으로 표현되는 조성물을 모두 포함한다. 또한, 본 발명에 의한 비유리계 마이크로파 유전체 세라믹스는 상기 유전체 세라믹스 조성물에 0.12CuO + 0.88Bi2O3로 되는 소결제를 1～7wt％ 첨가하며, 이로써 최하 875℃까지의 소결온도를 저하시켜 저온소성이 가능하다.

Description

비유리계 마이크로파 유전체 세라믹스 및 그 제조방법{GLASS-FREE MICROWAVE DIELECTRIC CERAMICS AND THE MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 마이크로파 유전체 세라믹스 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 내부 도체와 동시 소결이 가능하면서도 우수한 마이크로파 유전특성을 갖는 비유리계 마이크로파 유전체 세라믹스 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 개인 휴대용 단말기 등의 이동통신과 유비쿼터스를 표방하는 블루투스 시장의 확대와 함께, 이들 기기를 구성하는 핵심부품인 마이크로파 필터(microwave filter), 듀플렉서(duplexer), 공진기(resonator), 집적회로기판 등 고주파 소자의 소형화, 고경량화, 표면 실장화가 가능한 적층화의 요구가 증가하고 있다.
이러한 고주파 소자의 재료로서는 유전체 세라믹스가 사용되며, 유전체 세라믹스의 마이크로파 유전특성은 기본적으로 다음의 필수조건이 충족되어야 한다.
첫째로, 유전체 세라믹스 내부의 마이크로파 파장은 유전율의 1/2승에 반비례하여 단축되므로, 마이크로파 소자의 소형화를 위해서는 유전율(dielectric constant:εr)이 커야한다. 반면에, RF(Radio Frequency)/마이크로웨이브용 모듈의 기판에 형성되는 마이크로파 전송선(microwave transmission line)의 경우 그 전송 속도를 빠르게 하기 위해서는 오히려 유전율이 작아야 한다.
둘째로, 고효율의 동작을 위해서는 작동 주파수대에서의 유전손실이 작아 품질계수(quality factor: Q)의 값이 커야 하고, 다시 말해 이의 역수인 유전손실(tanδ)이 작아야 한다. 또한, 통상적으로 상기 품질계수는 이의 값과 해당 공진 주파수(f)의 곱인 Qxf의 값으로서 그 우열이 평가되며, 또한 품질계수의 역수인 유전손실 값으로도 평가된다.
셋째로, 동작 주파수의 정밀한 작동을 위해서는 공진 주파수의 온도계수(TCF(Temperature Coefficient Factor): τf)가 가능한 0 근처로 되어야 한다.
한편, 최근에 들어서는 고주파 소자의 적층화를 구현하기 위하여 유전체 세라믹스의 그린시트에 도체의 패턴을 인쇄하여 적층한 후 이를 소결하는 기술 등이 개발되고 있다. 이는 인덕터, 캐패시터, 저항 등을 하나의 모듈 내에 별도의 리드선 없이 구현할 수 있으므로, 패키지의 부피를 현저히 줄일 수 있게 된다.
그런데, 내부 도체로서는 도전성이 우수한 Ag나 Cu 등을 사용하므로, 이러한 도체와의 동시 소결이 불가피하게 되어, 결국 높은 품질계수와 낮은 공진 주파수의 온도계수를 지니면서도 대략 950℃이하의 저온에서 소결 가능한 저온 동시소결 세라믹스(Low Temperature Co-Fired Ceramics: LTCC)가 강력히 요구되고 있다. 이를 위하여, 최근까지 저온소결이 가능한 유전체 세라믹스가 개발되고 있으나, 대부분이 저온소결시 치밀화가 불충분하거나, 소결제의 첨가에 따른 유전율의 저하, 품질계수의 저하 및 공진 주파수의 온도계수의 상승 등 마이크로파 유전특성이 크게 저 하되는 것이 큰 문제점으로 지적되고 있다.
더욱이 기존의 LTCC로서는 대부분 유리(glass)를 기지상(matrix)으로 하고 여기에 충진제(filler)로서 알루미나(Al2O3) 분말을 혼합한 복합체(composite) 구조의 세라믹 조성물이 사용되어왔다. 이 경우, 상기 유리 조성물의 불균일함, 상기 유리 및 충진제 혼합물의 세라믹 슬러리 제조상 레올로지(rheology) 제어의 어려움 및 분산의 불균일함 등 여러 가지 문제점이 제기되어 왔다. 이에 따라 최근에는 상기 유리의 사용량을 최소화하거나 또는 기지상으로서 유리를 사용하지 않는 비유리계(non-glass 또는 glass-free) LTCC 조성의 요구와 이에 따른 연구가 대두되고 있다.
기술적 과제
이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 우수한 마이크로파 유전특성을 가지는 비유리계 마이크로파 유전체 세라믹스 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 상기 비유리계 마이크로파 유전체 세라믹스에 저온소결용 소결제를 첨가하여 저온소결이 가능한 저온 동시소결용 마이크로파 유전체 세라믹스 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
기술적 해결방법
본 발명에 의한 마이크로파 유전체 세라믹스는 M 2+N4+B2O6 조성, 또는 이 조성에 있어서 상기 M 사이트를 서로 다른 2개의 2가 금속원소가 복수치환하거나 및/또는 상기 N 사이트를 서로 다른 2개의 4가 금속원소가 복수치환한 조성을 포함한다.
유리한 효과
본 발명에 의한 마이크로파 유전체 세라믹스는 M 2+N4+B2O6 조성뿐만 아니라, 이 조성에 있어서 상기 M 사이트를 서로 다른 2개의 2가 금속원소가 복수치환하거나 및/또는 상기 N 사이트를 서로 다른 2개의 4가 금속원소가 복수치환한 조성을 포함함으로써, 우수한 마이크로파 유전특성을 제공하면서도 기지상으로서 유리를 사용하고 있지 않아 고주파 소자로서의 응용에 상당히 유리하다.
또한, 본 발명에 의한 마이크로파 유전체 세라믹스는 상기 세라믹스 조성에 Bi2O3-CuO계 소결제의 첨가에 의하여 유전특성의 열화 없이 저온소결이 가능해져 우수한 마이크로파 유전특성을 제공하는 저온 동시소결 세라믹스 소자용 유전체로서 적용이 유망하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서 BaZr(BO3)2 세라믹스의 마이크로파 유전특성을 나타내는 그래프.
도 2는 도 1의 BaZr(BO3)2 세라믹스의 주사전자현미경(SEM) 사진.
도 3은 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 있어서 1050℃에서 2시간 소결 한 Ba(Zr1-xTix)B2O6 세라믹스의 SEM 사진.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 있어서 BaZr(BO3)2 세라믹스에 소결제인 0.88Bi2O3-0.12CuO가 5wt％ 첨가된 조성으로 900℃에서 2시간 소결한 세라믹스의 SEM 사진.
발명의 실시를 위한 최선의 형태
본 발명의 일 관점에 의한 비유리계 마이크로파 유전체 세라믹스는 다음의 조성식으로 표현되는 유전체 세라믹스 조성물로 될 수 있다:
(M1-x 2+M'x 2+)N4+B2O6
이때,
M 및 M'은 서로 다르고 각각 Ba, Ca 및 Sr 중의 하나이며;
N은 Sn, Zr 및 Ti 중의 하나이고;
0＜x＜1이다.
또한, 본 발명의 다른 일 관점에 의한 비유리계 마이크로파 유전체 세라믹스는 다음의 조성식으로 표현되는 유전체 세라믹스 조성물로 될 수 있다:
M2+(N1-y 4+N'y 4+)B2O6
이때,
M은 Ba, Ca 및 Sr 중의 하나이고;
N 및 N'은 서로 다르고 각각 Sn, Zr 및 Ti 중의 하나이고;
0＜y＜1이다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 관점에 의한 비유리계 마이크로파 유전체 세라믹스는 다음의 조성식으로 표현되는 유전체 세라믹스 조성물로 될 수 있다:
(M1-x 2+M'x 2+)(N1-y 4+N'y 4+)B2O6
이때,
M 및 M'은 서로 다르고 각각 Ba, Ca 및 Sr 중의 하나이고;
N 및 N'은 서로 다르고 각각 Sn, Zr 및 Ti 중의 하나이고;
0＜x＜1이고;
0＜y＜1이다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 관점에 의한 마이크로파 유전체 세라믹스의 제조방법은 상기 조성식들 중의 하나로 출발시료를 칭량하여 혼합, 분쇄한 후 이를 건조하여 하소하는 제1 단계와, CuO 및 Bi2O3를 포함하는 소결제를 상기 하소된 시료와 혼합 및 분쇄한 후 건조하는 제2 단계와, 상기 제2 단계의 상기 건조된 시료를 성형하고 이를 소결하는 제3 단계를 포함할 수 있다.
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발명의 실시를 위한 형태
먼저, 본 발명의 바람직한 일 구현예에 의한 마이크로파 유전체 세라믹스는 다음 식 1로 표현되는 세라믹스 조성을 가진다:
M2+N4+B2O6 (식 1)
이때, M은 예를 들어 Ba, Ca, Sr 등을 포함하는 2가의 금속원소의 어느 하나로 될 수 있고 어떠한 2가의 금속원소로도 될 수 있다. 또한, N은 예를 들어 Sn, Zr, Ti 등을 포함하는 4가의 금속원소의 어느 하나로 될 수 있고 마찬가지로 어떠한 4가의 금속원소로도 될 수 있다. 본 발명자들은 상기 마이크로파 유전체 세라믹스가 돌로마이트(Dolomite: 백운석) 구조를 가지며 이방성 열팽창 특성을 가짐을 발견하였다.
또한, 상기 식 1의 세라믹스 조성식은 각 사이트(즉, M 및 N 사이트)에 들어가는 각각의 금속원소를 서로 다른 2개의 금속원소로 대체함으로써 변형시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 바람직한 다른 일 구현예들로서, 상기 식 1에 의한 세라믹스 조성식은 상기 M 사이트를 서로 다른 2개의 2가 금속원소가 복수치환하는 형태로 되거나, 및/또는 상기 N 사이트를 서로 다른 2개의 4가 금속원소가 복수치환하는 형태로도 변형이 가능하다. 즉, 이들 경우에 해당되는 마이크로파 유전체 세라믹스의 조성식들은 다음 식 2～4로 각각 표현될 수 있다:
(M1-x 2+M'x 2+)N4+B2O6 (식 2)
M2+(N1-y 4+N'y 4+)B2O6 (식 3)
(M1-x 2+M'x 2+)(N1-y 4+N'y 4+)B2O6 (식 4)
이때, 상기 식 2～4에 있어서 x 및 y는 각각 0＜x＜1 및 0＜y＜1이며, 상기 M 및 M'은 서로 다르고 예를 들어 식 1의 조성과 마찬가지로 Ba, Ca, Sr 등을 포함하는 2가의 금속원소로서 서로 다른 원소로 선택될 수 있고 어떠한 2가의 금속원소로도 선택될 수 있으며, N 및 N'은 서로 다르고 예를 들어 식 1의 조성과 마찬가지로 Sn, Zr, Ti 등을 포함하는 4가의 금속원소로서 서로 다른 원소로 선택될 수 있고 마찬가지로 어떠한 4가의 금속원소로도 선택될 수 있다.
또한, 본 발명자들은 상기 식 1～4의 마이크로파 유전체 세라믹스들이 대략 1100℃ 이상의 소결온도를 가짐을 발견하였다. 이러한 높은 소결온도는 저온 동시소결 세라믹스(LTCC)로의 응용을 어렵게 한다. 따라서, LTCC로서의 응용을 위하여 본 발명의 바람직한 다른 일 구현예로서 상기 식 1～4의 마이크로파 유전체 세라믹스 조성 각각에 CuO 및 Bi2O3로 되는 저온 소결용 소결제를 첨가하여 상기와 같은 높은 소결온도를 낮출 수 있다. 이때, 상기 소결제의 조성식은 다음 식 5와 같다:
αwt％(0.12CuO + 0.88Bi2O3) (식 5)
(이때, 1≤α≤7이다.)
즉, 전술한 바와 같이 식 1～4에 의한 마이크로파 유전체 세라믹스는 대략 1100℃ 이상의 높은 소결온도로 인해 LTCC의 재료로서 곤란하나, 이에 소결제로서 대략 600±20℃의 공융점(eutectic point)을 갖는 CuO 및 Bi2O3로 되는 소결제를 첨가함으로써 상기와 같은 높은 소결온도를 바람직하기로는 875～1,000℃, 더욱 바람직하기로는 875～925℃, 더더욱 바람직하기로는 875℃로 저하시킬 수 있다. 이러한 CuO 및 Bi2O3는 상기 세라믹스의 소결시 세라믹스의 내부 계면에 액상을 형성함으로써 세라믹스의 치밀화를 촉진하므로, 이에 따라 저온의 소결온도가 가능해지면서도 양호한 마이크로파 유전특성이 얻어질 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하며 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 하술하는 실시예들은 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위하 여 제공되는 것이며, 본 발명은 하기 실시예들로만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1～5
본 실시예들에서는 상기 식 1에 따라 BaZr(BO3)2 세라믹스를 제조하여 각 소결온도에 따른 마이크로파 유전특성을 측정하였다.
먼저 BaCO3, ZrO2와, B2O3 또는 H3BO3의 시료를 BaZr(BO3)2의 조성비로 칭량하고, 분산용매로서 탈이온수(deionized water)를 사용하여 24시간 동안 지르코니아 볼(zirconia ball)과 함께 혼합 분쇄한 후, 이를 건조하였다. 그리고, 이를 900～1,150℃에서 4시간 동안 하소하여 돌로마이트 구조(육각대칭)를 갖는 고용체를 합성하였다. 합성한 분말은 다시 24시간 동안 습식 볼밀로 분쇄하여 평균입경 약 1㎛로 미분말화 하였다. 그리고, 이 분말에 2wt％ PVA(Poly Vinyl Alcohol) 바인더(binder) 수용액을 첨가하여 직경 10mm, 두께 5～6mm의 원기둥 시편 형태로 1ton/cm2의 압력을 가하여 성형하였고, 상기 성형된 시료를 400℃에서 1시간 동안 열처리하여 함유되었던 상기 바인더를 제거한 후 1,100～1,300℃의 온도에서 2시간 동안 소결하였다. 그리고, 상기 소결된 시료의 양면을 연마지(SiC paper)로 연마한 후, 임피던스 분석기(Impedance analyzer: 4294A, Agilent Technologies Inc., 미국)를 사용하여 1MHz에서 유전율(εr), 유전손실(tanδ) 및 유전율의 온도계수(TCC: Temperature Coefficient of Capacitance)를 측정하였다. 이때, 상기 온도계수(TCC)의 측정 범위는 -25～+125℃로 하였다. 또한, 마이크로파 영역에서의 유전특성을 측정하기 위하여 회로망 분석기(Network analyzer: 8720ES, Agilent Technologies Inc., 미국)를 사용하여 평행 도체판(post resonator) 법 및 공동 공진기(cavity resonator) 법에 의해 측정하여 해당 데이터를 얻었다. 이때, 공진주파수의 온도계수(τf)는 +25～+80℃의 온도범위에서 측정하였다.
상기와 같이 측정된 1,100～1,300℃의 각 소결온도에 따른 마이크로파 유전특성은 다음 표 1 및 도 1과 같다:
표 1
Figure 112009038894678-pct00001
표 1 및 도 1을 참조하면, BaZr(BO3)2 세라믹스는 그 소결온도가 1,100℃일 경우 품질계수가 측정 주파수 15GHz에서 대략 900이고, 유전율이 대략 11인 유전특성을 가졌다. 본 실시예들에 있어서 1,200℃에서 2시간 소결한 실시예 3의 경우 2,073으로서 가장 높은 품질계수를 가졌으며, 도 2는 이의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
그 반면에, 실시예 4 및 5에서는 소결온도가 1,250℃ 이상으로 올라감에 따라 그 품질계수가 크게 감소하였다. 이는 BaZr(BO3)2 상의 분해에 따른 BaZrO3 상의 생성에 기인한 것으로 판단된다.
실시예 6～9
본 실시예들에서는 상기 식 1에 따라 CaZr(BO3)2 세라믹스를 제조하여 각 소결온도에 따른 마이크로파 유전특성을 측정하였다. 그 출발시료로서는 CaCO3, ZrO2와, B2O3 또는 H3BO3를 사용하여, 소결온도만 제외하고는 실시예 1～5와 동일하게 제조 및 측정하였다. 상기 소결조건은 1,000～1,150℃에서 2시간으로 하였다.
이에 따라 제조 및 측정된 CaZr(BO3)2 세라믹스의 마이크로파 유전특성은 아래 표 2에 나타낸다:
표 2
Figure 112009038894678-pct00002
실시예 10～13
본 실시예들에서는 상기 식 1에 따라 SrZr(BO3)2 세라믹스를 제조하여 각 소결온도에 따른 마이크로파 유전특성을 측정하였고, 그 출발시료로서는 SrCO3, ZrO2와, B2O3 또는 H3BO3를 사용하여 실시예 6～9와 동일하게 제조 및 측정하였다.
이에 따라 제조 및 측정된 SrZr(BO3)2 세라믹스의 마이크로파 유전특성을 아 래 표 3에 나타낸다:
표 3
Figure 112009038894678-pct00003
실시예 14～17
본 실시예들에서는 상기 식 1에 따라 SrSn(BO3)2 세라믹스를 제조하여 각 소결온도에 따른 마이크로파 유전특성을 측정하였다. 그 출발시료로서는 SrCO3, SnO2와, B2O3 또는 H3BO3를 사용하여 실시예 6～9와 동일하게 제조 및 측정하였다.
이에 따라 제조 및 측정된 SrSn(BO3)2 세라믹스의 마이크로파 유전특성을 아래 표 4에 나타낸다:
표 4
Figure 112009038894678-pct00004
실시예 18～21
본 실시예들에서는 상기 식 1에 따라 CaSn(BO3)2 세라믹스를 제조하여 각 소결온도에 따른 마이크로파 유전특성을 측정하였다. 그 출발시료로서는 CaCO3, SnO2와, B2O3 또는 H3BO3를 사용하여 실시예 6～9와 동일하게 제조 및 측정하였다.
이에 따라 제조 및 측정된 CaSn(BO3)2 세라믹스의 마이크로파 유전특성을 아래 표 5에 나타낸다:
표 5
Figure 112009038894678-pct00005
실시예 22～26
본 실시예들에서는 상기 식 3에 따라 Ba(Zr1-xTix)B2O6 (이때, 0＜x＜1) 세라믹스를 제조하여 각 소결온도에 따른 마이크로파 유전특성을 측정하였다. 그 출발시료로서는 BaCO3, ZrO2와, B2O3 또는 H3BO3의 시료를 사용하여 실시예 6～9와 동일하게 제조 및 측정하였다.
이에 따라 제조 및 측정된 Ba(Zr,Ti)B2O6 세라믹스의 마이크로파 유전특성을 Zr/Ti의 몰비 및 소결온도에 따라 아래 표 6에 나타내며, 또한 1050℃에서 2시간 소결한 실시예 22의 SEM 사진을 도 3에 나타낸다:
표 6
Figure 112009038894678-pct00006
또한, 특히 Ba(Zr1/2Ti1/2)B2O6 세라믹스 조성을 1050℃, 1100℃, 1150℃에서 소결한 실시예 22～24의 저주파수 유전특성을 측정하였으며(즉, 실시예 27～29), 이의 데이터는 아래 표 7과 같다:
표 7
Figure 112009038894678-pct00007
실시예 30～33
본 실시예들에서는 상기 식 3에 따라 Ba(Sn1-xZrx)B2O6 (이때, 0＜x＜1) 세라믹스를 제조하여 각 소결온도에 따른 마이크로파 유전특성을 측정하였다. 그 출발 시료로서는 BaCO3, SnO2 및 ZrO2와, B2O3 또는 H3BO3의 시료를 사용하여 실시예 6～9와 동일하게 제조 및 측정하였다.
이에 따라 제조 및 측정된 Ba(Sn,Zr)B2O6 세라믹스의 마이크로파 유전특성을 Sn/Zr의 몰비 및 소결온도에 따라 아래 표 8에 나타낸다:
표 8
Figure 112009038894678-pct00008
실시예 34～37
본 실시예들에서는 1,000℃ 이하의 저온소결을 달성하기 위하여 실시예 1～5의 조성인 BaZr(BO3)2 세라믹스에 CuO 및 Bi2O3로 되는 저온 소결용 소결제를 첨가하였다.
즉, 상기 실시예 1～5에 있어서 하소되어 합성된 BaZr(BO3)2 분말에 CuO 및 Bi2O3의 시료를 상기 식 5에 있어서 β=0.88, γ=0.12로 설정하여 소결제의 조성이 0.88Bi2O3+0.12CuO가 되도록 칭량하고, 이의 첨가량(αwt％)을 1～7wt％ 범위로 조절해가면서, 소결조건만 제외하고는 실시예 1～5와 동일한 하소 이후의 제반 공정 을 수행하였다. 그 소결조건으로서는 875～925℃에서 2시간 동안으로 하였다. 특히, 상기 소결제인 0.88Bi2O3+0.12CuO의 첨가량이 5wt％인 조성 세라믹스의 마이크로파 유전특성 및 저주파수 유전특성을 아래 표 9에 나타내며, 특히 900℃에서 2시간 소결한 세라믹스의 SEM 사진을 도 4에 나타낸다:
표 9
Figure 112009038894678-pct00009
본 실시예들에 있어서 BaZr(BO3)2 세라믹스에 5wt％의 0.88Bi2O3+0.12CuO를 첨가한 세라믹스 조성물을 900℃에서 2시간 소결하였을 경우, 유전율이 11.8, 품질계수는 880, 온도계수는 약 +1ppm/℃로서, 소결온도가 900℃로 낮추어졌음에도 불구하고 양호한 마이크로파 유전특성을 나타내었다.
실시예 38～43
본 실시예들에서는 상기 식 1에 따라 BaSnB2O6, CaZrB2O6, SrZrB2O6, BaZrB2O6, CaSnB2O6, SrSnB2O6 세라믹스 조성들을 소결온도만 제외하고는 실시예 1～5와 동일하 게 제조 및 측정하였다. 이때, 상기 소결온도는 1,100℃로 고정하였다.
이와 더불어 식 1에 따라 실시예 1～5와 동일하게 하소되어 합성된 BaSnB2O6, CaZrB2O6, SrZrB2O6, BaZrB2O6, CaSnB2O6, SrSnB2O6 세라믹스 분말들에 소결제로서 각각 5wt％의 0.88Bi2O3+0.12CuO를 첨가하여 이를 900℃에서 소결하였으며, 그 외에는 상기 실시예 1～5와 동일하게 제조 및 측정하였다.
상기 2가지 경우 제조되어 측정된 각 세라믹스 조성의 마이크로파 유전특성을 아래 표 10에 비교하여 나타내며, 이때 BC는 0.88Bi2O3+0.12CuO를 가리킨다:
표 10
Figure 112009038894678-pct00010
실시예 44～46
본 실시예들에서는 상기 식 2에 따라 (Ba1-xCax)ZrB2O6 (이때, 0＜x＜1) 세라믹스를 제조하여 마이크로파 유전특성을 측정하였다. 그 출발시료로서는 BaCO3, CaCO3 및 ZrO2와, B2O3 또는 H3BO3의 시료를 사용하여 실시예 6～9와 동일하게 제조 및 측정하였다.
이에 따라 제조 및 측정된 (Ba1-xCax)ZrB2O6 세라믹스의 마이크로파 유전특성을 Ba/Ca의 몰비 및 소결온도에 따라 아래 표 11에 나타낸다:
표 11
Figure 112009038894678-pct00011
실시예 47
본 실시예에서는 상기 식 4에 따라 (Ba1-xCax)(Zr1-yTiy)B2O6 (이때, 0＜x＜1, 0＜y＜1) 세라믹스를 제조하여 마이크로파 유전특성을 측정하였다. 그 출발시료로서는 BaCO3, CaCO3, ZrO2 및 TiO2와, B2O3 또는 H3BO3의 시료를 사용하여 실시예 6～9와 동일하게 제조 및 측정하였다.
이에 따라 제조 및 측정된 (Ba1-xCax)(Zr1-yTiy)B2O6 세라믹스의 마이크로파 유전특성을 Ba/Ca 및 Zr/Ti의 몰비 및 소결온도에 따라 아래 표 12에 나타낸다:
표 12
Figure 112009038894678-pct00012
실시예 48～50
본 실시예에서는 상기 식 2～4에 따른 (Ba1-xCax)ZrB2O6, Ba(Zr1-xTix)B2O6 및 (Ba1-xCax)(Zr1-yTiy)B2O6 (이때, 0＜x＜1, 0＜y＜1) 세라믹스에 각각 3wt％의 0.88Bi2O3+0.12CuO 소결제를 첨가하여 900～925℃에서 소결하였으며, 이에 따라 제조 및 측정된 이들 세라믹스의 마이크로파 유전특성을 아래 표 13에 나타낸다:
표 13
Figure 112009038894678-pct00013
이상 기술된 본 발명의 여러 실시예들에 있어서 식 1～4에 따른 여러 조성의 세라믹스에 Bi2O3-CuO계 소결제를 첨가함으로써 별다른 유전특성의 열화 없이 900～925℃에서의 저온소결이 가능해진다. 이로써, 본 발명에 의한 세라믹스는 Ag나 Cu를 내부전극으로 사용하는 캐패시터, 마이크로파용 LTCC 소자나 기판의 유망한 재료로서 사용될 수 있다.
한편, 이상 기술한 본 발명의 바람직한 실시예들에 있어서 최적의 마이크로파 유전특성을 나타내는 소결온도는 조성분말의 평균입도, 분포 및 비표면적과 같은 분말특성과, 원료의 순도, 불순물 첨가량 및 소결 조건에 따라 통상적인 오차범위 내에서 다소 변동이 있을 수 있음은 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 지극히 당연하다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경, 부가 등은 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 다음의 조성식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 유전체 세라믹스 조성물.
    (M1-x 2+M'x 2+)N4+B2O6
    이때,
    M 및 M'은 서로 다르고 각각 Ba, Ca 및 Sr 중의 하나이고;
    N은 Sn, Zr 및 Ti 중의 하나이고;
    0＜x＜1이다.
  3. 다음의 조성식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 유전체 세라믹스 조성물.
    M2+(N1-y 4+N'y 4+)B2O6
    이때,
    M은 Ba, Ca 및 Sr 중의 하나이고;
    N 및 N'은 서로 다르고 각각 Sn, Zr 및 Ti 중의 하나이고;
    0＜y＜1이다.
  4. 다음의 조성식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 유전체 세라믹스 조성물.
    (M1-x 2+M'x 2+)(N1-y 4+N'y 4+)B2O6
    이때,
    M 및 M'은 서로 다르고 각각 Ba, Ca 및 Sr 중의 하나이고;
    N 및 N'은 서로 다르고 각각 Sn, Zr 및 Ti 중의 하나이고;
    0＜x＜1이고;
    0＜y＜1이다.
  5. 제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 세라믹스 조성물에 CuO 및 Bi2O3를 포함하는 소결제가 첨가된 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 세라믹스 조성물.
  6. 제5항에 있어서
    상기 CuO 대 Bi2O3의 함량비는 0.12:0.88인 것을 특징으로 하는 유전체 세라믹스 조성물.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 소결제는 상기 유전체 세라믹스 조성물의 총중량 대비 1wt％ 내지 7wt％ 첨가되는 것을 특징으로 하는 유전체 세라믹스 조성물.
  8. 제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 의한 유전체 세라믹스 조성물의 조성식으로 출발시료를 칭량하여 혼합, 분쇄한 후 이를 건조하여 하소하는 제1 단계와;
    CuO 및 Bi2O3를 포함하는 소결제를 상기 하소된 시료와 혼합 및 분쇄한 후 건조하는 제2 단계와;
    상기 제2 단계의 상기 건조된 시료를 성형하고 이를 소결하는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 소결제는 상기 유전체 세라믹스 조성물의 총중량 대비 1wt％ 내지 7wt％ 첨가되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 소결온도는 875℃ 내지 1,000℃로 되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물의 제조방법.
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