KR101339090B1 - 세라믹 재료, 소결 세라믹, 이로부터 제조된 부품, 세라믹의 제조 방법 및 용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 순수한 성분 A 및 B의 2상 혼합물로 이루어진 세라믹 혼합계에 관한 것으로서, 이 경우 상 A는 Bi3NbO7의 입방 결정계 내지 정방 결정계의 변체를 기초로 하고, 상 B는 Bi2(Zn2/3Nb4/3)O7의 단사 결정계의 파이로클로르 변체를 기초로 한다. 이와 같은 세라믹 혼합계로부터 제조된 세라믹 몸체의 전기적 특성들은 다층 구조물을 갖는, 커패시터 및 인덕터에 집적된, 그리고 데이터 처리시에 또는 신호 처리시에 사용될 수 있는 부품용으로 적합한 재료를 만들어준다.

Description

세라믹 재료, 소결 세라믹, 이로부터 제조된 부품, 세라믹의 제조 방법 및 용도{CERAMIC MATERIAL, SINTERED CERAMICS AND COMPONENT MADE THEREFROM, PRODUCTION METHOD, AND USE OF THE CERAMICS}
LTCC-기술(Low Temperature Cofired Ceramic)에 의해서는 도체 스트립, 저항, 커패시터 및 인덕터와 같은 다수의 패시브 소자들이 그 내부에 집적될 수 있는 다수의 금속화층 평면을 갖는 다층 세라믹 부품의 구현이 가능해진다. 따라서, LTCC-세라믹 기판 내에는 회로 그리고 상기 회로들을 포함하는 부품들이 구현될 수 있다.
LTCC-기술에 의해서는 사용된 세라믹 재료의 유전 상수가 높을수록 커패시터의 집적율이 그만큼 더 강해질 수 있다. 다른 측면에서 볼 때에는 지나치게 높은 유전 상수가 인덕터의 집적율에 단점으로 작용할 수 있기 때문에, 세라믹 선택의 최적화는 상기 세라믹 재료의 유전 상수를 고려해서 이루어져야만 한다. 세라믹 재료에 대하여 요구되는 추가의 조건은 예를 들어 은으로 이루어진 저렴한 전극 재료의 사용을 가능케 하기에 충분히 낮은 소결 온도이다. 더 나아가, LTCC-기술로 제조되는 부품이 제반 특성들을 허용되지 않는 수준으로 변동시키지 않으면서 넓은 온도 범위에서 사용될 수 있도록 하기 위해서는, 세라믹 재료의 유전 특성 및 기타 특성들의 온도 진행이 낮게 이루어져야만 한다.
충분히 낮은 소결 온도에서 20보다 큰 유전 상수를 갖거나, 또는 필요한 온도 안정성을 지니고 있고 LTCC-기술로 가공될 수 있는 유전 상수를 갖는 세라믹 재료는 지금까지도 전혀 발견될 수 없었다.
본 발명의 과제는, 전술한 단점들을 감수하지 않고서도 전술한 유형의 푸품을 구현할 수 있는 세라믹 재료를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 1의 특징들을 갖는 세라믹 재료에 의해서 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예들, 상기 세라믹 재료로부터 소결된 세라믹, 이와 같은 세라믹으로 제조된 부품 및 제조 방법 및 바람직한 용도는 추가의 청구항들로부터 얻어낼 수 있다.
두 가지의 순수한 상 A 및 B의 혼합물로 이루어진 세라믹 재료가 제안된다. 이와 같은 상 혼합물은 xA + (1 - x)B의 조성을 가지며, 이 경우 x는 0보다 크고 1보다 작다. 상 A는 Bi3NbO7의 입방 결정계 내지 정방 결정계의 변체다. 상 B는 Bi2(Zn2/3Nb4/3)O7의 단사 결정계의 파이로클로르 변체를 기초로 한다. 상기 혼합물에서 두 가지 상 A 및 B는 각각 순수한 상의 도메인(domain: 구역)을 형성한다.
순수한 상의 결정 구조를 결정하는 전술한 기본 조성으로부터 출발할 때, 두 가지 각각의 상들은 원소 Bi, Zn 및 Nb가 전체 재료 내에서 각각 30 몰%의 비율까지 다른 금속으로 대체되도록 변동될 수 있다. 더 나아가 니오브는 완전히 탄탈로 대체될 수 있다. 대체 비율로 존재하는 다른 금속들은 바람직하게 이 금속들이 대등한 원자 직경에서 동일한 또는 유사한 원자가를 갖도록 선택되며, 그 결과 상기 금속들은 아무런 문제 없이 또는 개별 결정 상의 지나치게 큰 격자 왜곡 없이 격자 장소에서 출발 원소들을 대체할 수 있게 된다.
특히 비스무트는 30 몰%의 비율까지 Ca, Sr, Ba, Pb, Cd, Y, La 및 58 내지 71의 원소 번호를 갖는 희토류 원소들로부터 선택된 원소들 중에서 하나 또는 다수의 원소로 대체될 수 있다. 상응하는 원소 대체는 두 가지 결정학적인 상 A 및 B 중에 어떤 상에서도 결정 변체의 변동을 야기하지 않는다.
상 B에서는 아연이 30 몰%의 비율까지 Mg, Ca, Co, Mn, Ni, Fe, Cr 및 Cu로부터 선택된 하나 또는 다수의 원소로 대체될 수 있다. 이 경우에도 결정 변체는 상응하는 교체에 의해서 영향을 받지 않는다.
원소 니오브는 두 가지 순수한 상 각각에서 30 몰%의 비율까지 Sn, Ti, Hf, Sb, Ta, V, W 및 MO로부터 선택된 하나 또는 다수의 원소로 대체될 수 있다. 이와 같은 대체도 결정 변체의 변동을 야기하지 않는다. 또한, Nb는 대체로 인해 순수한 상 또는 혼합 상의 상이 변동되지 않으면서 완전히 Sb로 대체될 수도 있다.
제안된 세라믹 재료의 바람직한 조성들은 세 가지 원소 Zn-Nb-Bi의 상 다이아그램에서 사각형을 형성하는 네 개의 점들 A, B, C 및 D에 의해서 규정될 수 있다. 상기 사각형 안에 놓인 조성물들은 본 발명의 의미에서 매우 적합하고, 그리고 특히 적합한 낮은 소결 온도, 충분히 높은 유전 상수 및 높은 유전 품질을 갖는다. 상기 네 개의 점들 A 내지 D는 아래와 같이 몰%로 지시된 세라믹 재료 내에서의 비율에 의해서 규정되었다:
A: Zn = 4.0; Nb = 30.0; Bi = 66.0
B: Zn = 7.8; Nb = 25.0; Bi = 67.2
C: Zn = 16.0; Nb = 30.0; Bi = 54.0
D: Zn = 15.0; Nb = 35.0; Bi = 50.0.
전술한 재료로부터 960 ℃ 미만의 소결 온도에서 그리고 바람직하게는 부분적으로 심지어 900 ℃ 미만의 온도에서 세라믹 몸체가 소결될 수 있다. 유전 상수가 65 내지 95인 세라믹들이 함유될 수 있다. 이와 같은 세라믹들은 동시에 각각 Giga-헤르츠의 측정 주파수에서 결정된 800 이상의 유전 품질을 가질 수 있다.
한 바람직한 세라믹에서 세라믹 재료에 포함된 상 A의 몰 비율 x는 0.1 내지 0.8이다. 예를 들면 두 가지 상 A 및 B의 1:1 혼합이 매우 적합하다. 순수한 상 A 및 B의 비율이 거의 동일한 세라믹 조성물의 한 가지 중요한 장점은, 상기와 같은 방식에 의해 재료의 온도 상수 및 특히 두 가지 순수한 상의 유전 상수의 온도 계수가 보상되어 세라믹 재료에서 상기 유전 상수의 온도 계수가 전체적으로 최소화될 수 있다는 것이다. 이와 같은 장점이 나타날 수 있는 이유는, 순수한 상 A가 유전 상수의 음의 온도 계수를 갖고, 순수한 상 B가 그와 반대로 양의 온도 계수를 갖기 때문이다. 상 A 및 B의 1:1 상 혼합에 의해서는 -44 내지 +155 ℃에서 예를 들어 단지 -5 ppm의 유전 상수(상기 상 혼합물로부터 제조된 유전성 공진기의 공진 주파수를 통해 결정됨)의 온도 계수가 얻어진다. 이와 같은 세라믹은 81의 ε, 1000의 유전 품질 Q(Giga-헤르츠에서 측정됨) 또는 곱 Q x f = 1000 Giga-헤르츠를 갖는다.
더 나아가 본 발명에 따른 세라믹 재료는 소결 온도 이상까지의 온도에서는 은을 함유하는 전극 재료에 비해 불활성의 특성을 지닌다는 추가의 장점을 갖는다. 이와 같은 장점에 의해서는, 개별 원소들을 은으로 교체하거나 또는 은을 추가로 혼합하더라도 상 조성이 변동됨 없이, 세라믹 재료로 이루어진 녹색 몸체를 은을 함유하는 전극으로 프린팅하고 최종 컴포넌트로 함께 소결하는 것이 가능해진다. 그렇기 때문에 세라믹 재료 및 상기 세라믹 재료로부터 제조되는 세라믹은 세라믹 부품 및, 특히 저렴한 은 전극을 사용하는 다층 세라믹 부품에 탁월하게 적합하다.
전술된 우수한 특성들은 상 A 및 B가 지시된 출발 조성 안에 존재하는 경우에 확실하게 얻어진다. 하지만, 세라믹의 특성들을 현저하게 변동시키지 않으면서 100 %까지 이루어질 수 있는 과정, 즉 니오브를 탄탈로 대체하는 과정을 제외하고는 개별 원소들 또는 다수의 원소들을 전술된 대체 원자로 부분적으로 대체함으로써 제반 특성들이 변동되며, 그 결과 단지 약 30 몰%까지의 전술된 비율까지 이루어지는 대체 과정만이 전술된 사용 목적에 사용될 수 있는 세라믹을 야기하게 된다.
예를 들면 적합하지 않은 상 혼합 비율 때문에 그리고 비스무트의 높은 대체율에 추가로 전체 세라믹 내에서 차지하는 비스무트의 비율이 지나치게 강하게 저하됨으로써 여러 가지 제약들이 나타날 수 있다. 이와 같은 경우들에서는 세라믹 재료의 안정성이 은을 함유하는 전극 재료들에 비해 떨어진다는 사실을 관찰할 수 있으며, 이와 같은 안정성의 저하는 상의 변이를 야기하고 경우에 따라서는 심지어 통제가 불가능한 적합하지 않은 특성들을 갖는, 규정되지 않은 조성물을 야기하게 된다. 전체 세라믹 재료 내에서 차지하는 비스무트 비율이 50 몰% 이상인 경우에는 확실한 안정성이 얻어진다. 그러나 개별 상황에서는 소결시에 은을 함유하는 재료들에 비해 안정적인, 비스무트 비율이 더 적은 세라믹 조성물이 얻어질 수 있다.
세라믹 재료로부터, 또는 상기 세라믹 재료로부터 소결된 세라믹으로부터 제조되는 부품은 바람직하게 다층 구조로 형성될 수 있으며, 이 경우 단사 결정계의 세라믹 몸체 내에서는 금속화층 평면이 그 사이에 배치된 다수의 세라믹 층이 교체된다. 상기 세라믹 층들은 스택 형태로 함께 소결되며, 이 경우 관통 플레이트 결합을 통해 서로 연결되는 상기 구조화된 금속화층 평면으로부터는 패시브 소자 또는 패시브 소자들로 구성된 회로가 나타난다.
패시브 소자들로 구성된 회로는 전체적으로 볼 때 완전히 독자적인 부품을 형성할 수 있으며, 이와 같은 독자적인 부품은 예를 들어 이동 무선 통신 적용 분야를 위한 LC-필터로서 형성된다. 패시브 소자들이 그 내부에 집적된 전술한 세라믹 재료로 이루어진 다층 세라믹을 전기 부품을 위한 기판으로서 그리고 특히 상이한 전기 부품을 갖춘 모듈을 위한 기판으로서 사용하는 것도 가능하다. 이와 같은 기판은 필요한 회로 설계부가 될 수 있고, 상기 회로 설계부를 위해서 필요한, 모듈 상에 집적된 개별 소자들 또는 IC를 위한 적응 소자가 될 수 있다.
본 발명에 따른 세라믹 재료를 제조하기 위해서는 공지된 순수한 상 A 및 B로부터 출발이 이루어진다. 상 A는 예를 들어 M. Valant 및 D. Suvrov의 논문 "Solid solutions Bi2O3-Nb2O5"(J.Am.Cer.Soc. 86 [6] 939 - 944 (2003년))에 기술되어 있다. 상 B는 예컨대 X. Vwang의 논문 "Structures, phase transformations and dielectric properties of pyrochlores containing Bi"(J.Am.Cer.Soc. 80 [10] 2745 - 2748 (1997년))에 기술되어 있다. 상기 순수한 상들은 별도로 제조되며, 이 경우에는 바람직하게 소위 혼합된 산화물(Mixed Oxide)-방법이 사용된다. 이 목적을 위하여 산화물의 형태로 된 개별 원소들은 원하는 몰 비율로 서로 혼합되고, 분말 혼합물은 분쇄되고 균일화된 다음에 적합한 온도 프로그램에 종속되며, 상기 온도 프로그램은 상 A 또는 B를 원하는 결정 변체로 만든다. 상기 순수한 상들은 바람직하게 두 단계의 열처리- 및 소결 방법으로 제조되며, 이 경우 제 1 단계는 산화 비스무트로 이루어진 휘발성 상의 지나치게 강한 증발 그리고 그로 인한 재료의 비스무트 궁핍 현상을 피하기 위하여 낮은 온도에서 실시된다.
순수한 상 B를 제조하는 경우에는 바람직하게, 입방 결정계 상으로부터 바람직한 정방 결정계 상으로의 적어도 부분적인 상-변환을 가능케 하기 위하여 약 800 ℃에서 좀 더 긴 고정 상이 유지된다. 하지만, 본 발명에 따른 세라믹 재료는 완전히 정방 결정계 상으로 변환되지 않으면서도 원하는 특성들을 갖는 B-상도 가질 수 있다.
순수한 상들을 제조한 후에는 상기 순수한 상들이 각각 2 ㎛ 미만의 입자 크기까지 분쇄된다. 순수한 상을 갖는 분말은 2상 혼합물을 위해서 제시된 혼합 비율로 혼합되고, 균일화되며, 그로부터 녹색 박막이 제조된다. 그러나 전술된 입자 크기까지의 분쇄는 순수한 상들의 혼합 후에도 이루어질 수 있다.
그 다음에 이어서 예를 들어 천공에 의하여 녹색 박막 내에서 관통 플레이트 결합이 형성되고, 그 결합부는 도전성 재료, 예를 들어 금속 입자를 함유하는 페이스트로 채워진다. 그 다음에 이어서 금속을 함유하는 소결 가능한 페이스트의 형태로 된 금속화층 구조물이 프린팅 된다.
그 다음에 상기 다수의 박막들이 적층됨으로써, 관통 플레이트 결합을 통해 금속화층 구조물의 적합한 회로 설계가 이루어지며, 이 경우에 상기 금속화층 구조물은 박막들 사이에 배치된 세라믹과의 상호 작용하에서 원하는 부품 기능들을 제공한다.
그 다음에 이어서 적층된 박막들은 라미네이팅에 의해 고정된다. 상기 처리 단계 후에는 원래부터 면적이 크게 제조된 다층 세라믹, 즉 다수의 개별 부품 또는 다수의 부품용 개별 기판을 포함하는 다층 세라믹이 분할 공정에 의해서, 예를 들어 절단에 의해서 분리될 수 있다. 그 다음에 이어서 라미네이팅 처리된 녹색 박막이 소결된다.
한 번에 제조된 순수한 상들은 2상 혼합물의 균일한 혼합 상태에서도 소결 온도 이상까지는 열역학적으로 안정적이라고 드러났으며, 그 결과 상기 혼합물 내에서도 상 변환을 우려할 필요가 없다. 다시 말해 소결 과정에서는 단지 녹색 박막의 압축만이 실시되며, 이 경우 전체 소결 프로세스는 신속하게 실시될 수 있다. 예를 들면 900 ℃의 소결 온도까지 신속하게 가열되고, 상기 온도에서 단시간 동안 유지된 후에 신속하게 냉각된다.
본 발명은 실시예 및 해당 도면을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다.
도 1은 바람직한 조성물이 유입된 Nb, Bi 및 Zn 계의 3상 다이아그램을 단면 도로 보여주며,
도 2는 부품을 제조하기 위한 프로세스 흐름도고,
도 3은 본 발명에 따라 제조된 부품의 개략적인 횡단면도며,
도 4는 본 발명에 따른 조성을 갖는 세라믹의 세라믹 구조를 사진을 참조하여 보여주고 있다.
도 1은 3상 다이아그램 ZnO-BiO1.5-NbO2.5의 한 단면을 보여주고 있다. 상기 상 다이아그램에서 네 개의 점들 A 내지 D에 의해서는 사각형이 설정되고, 상기 사각형에서 각각의 점에 의해 둘러싸인 면의 각각의 점은 바람직한 특성들을 갖는 본 발명에 따른 세라믹의 조성물이다. 몰%로 지시된, 다양한 점들 A, B, C 및 D를 위한 좌표는 아래와 같다:
A: Zn = 4.0; NbO2.5 = 30.0; BiO1.5 = 66.0
B: Zn = 7.8; Nb = 25.0; Bi = 67.2
C: Zn = 16.0; Nb = 30.0; Bi = 54.0
D: Zn = 15.0; Nb = 35.0; Bi = 50.0.
또한, 상기 위상 다이아그램에는 X로 표기된 그리고 하나의 선 상에 놓인 세 가지 조성물이 기재되어 있다. 두 개의 외부 점은 두 가지 순수한 상 A 또는 B에 의해서 형성된다. 직선의 중앙에 있는 점은 두 가지 순수한 상의 1:1 조성에 상응한다. 본 실시예는 소결된 세라믹을 상기와 같은 전기 부품에 사용하기에 매우 적합하게 만들어주는 거의 최적의 특성들을 가지며, 상기 전기 부품 내에는 커패시터 및/또는 인덕터가 구현되어 있고, 상기 전기 부품은 고주파 기술에 사용하기 위해서 그리고 특히 무선 통신 시스템에 사용하기 위한 부품용으로 적합하다. 상기 1:1 조성은 이미 언급된 바와 같이 81의 유전체 상수 ε, 1000의 품질 팩터 Q(Giga-헤르츠에서 결정됨), 상기 세라믹으로부터 제조된 -5 ppm의 유전성 공진기에서 결정된 공진 주파수의 온도 계수 그리고 1000 Giga-헤르츠의 품질 x 주파수의 곱을 갖는다.
상응하는 부품의 소형화를 가능케 하는 높은 유전 상수, 그리고 본 발명에 따른 방식에 따라 두 가지 순수한 상 A 및 B의 상호 반대로 설정된 온도 계수(이 온도 계수는 본 발명에 따른 세라믹 혼합물에서 보상됨)로부터 얻어지는 낮은 온도 계수가 특히 바람직하다. 이 경우 혼합 상의 소결 온도는 950℃를 초과하는 레벨에 있는 순수한 상 B의 소결 온도보다 훨씬 더 낮다. 1:1 조성에 가까운 조성을 갖는 혼합 상은 전술한 1:1 혼합 상과 유사한 긍정적인 특성들을 갖는다. 이 경우에는 일반적으로, 순수한 상 A 및 B에 가까운 조성에 대해서는 전술한 또는 원하는 사용 목적을 위한 특성들이 상대적으로 가장 바람직하지 않다는 내용이 적용된다. 하지만, 본 발명에 따른 모든 혼합 상에는, 상기 혼합 상들이 순수한 상들에 비해 개선된 특성 및 특히 개선된 온도 계수를 갖는다는 내용이 적용된다. 매우 적합한 특성들은 예컨대 1:9 내지 9:1이라는 A:B의 혼합 비율을 갖는다. 일반적으로는, 순수한 상 B 근처에서는 순수한 상 A 근처에서보다 더 유리한 특성들이 얻어진다는 내용이 적용된다.
도 2는 본 발명에 따른 조성의 다수의 세라믹 층을 갖는 다층 전기 부품을 제조하기 위한 처리 흐름도를 보여준다. 제 1 단계에서는 순수한 상 A 및 B가 별도로 제조되는데, 바람직하게는 혼합된 산화물-방법에 따라 제조된다. 이 경우 금속 산화물은 일렉트로닉-그레이드-품질에서 순수한 상을 위해 필요한 비율로 결합되고, 분쇄되며, 균일화된 후에 석회화되고 소결된다. 열처리는 바람직하게 두 단계로 이루어지며, 이 경우 제 1 단계는 휘발성 비스무트-상의 지나치게 강한 증발을 피하기 위하여 상대적으로 낮은 온도에서 실시된다. 성분 A를 위해서는 800 ℃에서 더 긴 고정 시간이 유지되며, 이 고정 시간 동안에는 처음에 생성된 입방 결정계 상으로부터 정방 결정계 상으로의 적어도 부분적인 변환이 이루어진다. 본 발명에 따르면 특히 정방 결정계 상이 특히 적합하지만, 상기 정방 결정계 상은 계속해서 입방 결정계 상의 성분을 함유할 수 있으며, 이 경우 본 발명에 따른 세라믹 조성물의 특성들은 상기 조성물의 전기적 특성들에 불리한 영향을 미치지 않는다. 순수한 상 B는 단사 결정계의 파이로클로르 상으로서 생성된다.
다음 단계에서는 순수한 상 A 및 B가 원하는 비율로 결합되고, 혼합되며, 2 ㎛ 미만의 입자 직경에 도달할 때까지 미세하게 분쇄된다. 두 가지 순수한 상을 공동으로 분쇄함으로써 상이 순수한 도메인을 갖는 미세하게 분쇄된 입자의 균일한 혼합물도 생성된다.
다음 단계에서는 균일하게 혼합된 상들로부터 녹색 박막이 제조된다. 이 목적을 위하여 미세하게 분쇄된 분말은 경우에 따라 점성의 결합제 성분을 함유할 수 있는 용매에 의해서 현탁되고, 예를 들어 박막 드로잉 또는 박막 캐스팅에 의해서 상기 현탁으로부터 녹색 박막이 제조된다. 다음 단계에서는 건조 후에 그리고 그와 더불어 용매를 녹색 박막으로부터 제거한 후에 원하는 부품을 위해서 필요한 관통 플레이트 결합부가 예를 들어 천공에 의해서 형성된다. 그 다음에 이어서 상기 관통 플레이트 결합부가 금속 입자를 함유하는 전도성 물질로 채워지며, 이와 같은 채움 과정은 예를 들어 닥터 블레이드(doctor blade)에 의해서 이루어질 수 있다. 마지막으로, 녹색 박막 상에는 예를 들어 실크 스크린 프린팅 방법에 의해서 금속화층 구조물이 프린팅 된다. 녹색 박막 상에 형성된 금속화층 구조물은 추후의 다층 세라믹 내에 있는 금속화층 평면에 상응한다.
다음 단계에서는 프린팅 된 녹색 박막들이 부품에 적합한 순서로 서로 겹쳐서 적층되고, 하나의 콤팩트한 몸체로 라미네이팅 처리된다. 상기 몸체는 이미 약간의 기계적인 강성을 갖고 있으며, 바람직하게는 상기 단계에서 이미 절단 또는 천공에 의해서 분리될 수 있다. 이와 같은 과정이 필요한 이유는 녹색 박막이 통상적으로는 크기가 큰 베이스 면으로 제조되기 때문이며, 상기 베이스 면에서는 다수의 동일한 또는 상이한 부품들을 위한 금속화층 구조물이 나란히 제조될 수 있다. 상기 부품들은 절단에 의해서 분리된다.
다음 단계에서는 분리된 박막 스택이 소결된다. 단사 결정계의 다층 세라믹 부품이 얻어지며, 상기 부품 내에서는 관통 플레이트 결합에 의해 서로 연결된 상이한 금속화층 평면에서 이루어지는 금속화층 구조물들의 상호 작용에 의하여 상이한 패시브 부품 기능들, 예를 들어 커패시터 및 인덕터가 구현된다. 외부 전극이 소결 전에 미리 녹색 박막 상에 통합된 상태로 적층되지 않은 경우에는, 최종 단계에서 단사 결정계의 세라믹 부품 상에 외부 전극이 더 적층될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 거대한 세라믹 몸체의 폴리싱 처리된 한 단면을 참조하여 상기 세라믹 몸체의 세라믹 구조를 보여주고 있다. 본 사진은 주로 순수한 상 A에 할당될 수 있는 연속적인 상으로부터 혼합 상이 형성된다는 사실을 보여준다. 사진에서 밝은 점들은 순수한 상 B에 할당될 수 있는 함유물을 형성한다. 검은 점들 또는 영역들은 상기 테스트 샘플의 남아 있는 기공들 또는 불순물로부터 유래한다. 본 사진으로부터는 소결시에 입자 성장이 이루어졌다는 사실도 확인될 수 있다. 통상적으로 5 ㎛ 그리고 부분적으로 약 10 ㎛까지의 입자 직경을 확인할 수 있다.
도 3은 두 가지 상으로 이루어진 본 발명에 따른 혼합 세라믹에 의해서 수득 또는 구현될 수 있는 부품을 보여주고 있다. 본 도면에 도시된 부품은 예를 들어 서로 겹쳐서 적층된 그리고 함께 소결된 여섯 개의 세라믹 층(K1 내지 K6)를 포함한다. 각각 두 개의 세라믹 층(K) 사이에는 하나의 금속화층 평면이 제공되며, 상기 금속화층 평면에서는 금속화층 구조물(M)이 구조화된다. 상이한 금속화층 평면들의 금속화층 구조물들(M) 간에 필요한 전기적 접속은 전술된 관통 플레이트 결합(DK)에 의해서 실행된다.
도 3에는 두 가지 부품 성분, 다시 말해 커패시터(C)가 개략적으로 지시되어 있으며, 상기 커패시터는 이웃하는 금속화층 평면에 배치된 두 개의 금속면에 의해서 형성되었다. 커패시터 외에 인덕터(L)가 지시되어 있는데, 상기 인덕터는 예를 들어 나선형의 구조물로서 관통 플레이트 결합에 의해 서로 연결된 다수의 절반 루프(loop)로 이루어진다. 세라믹 몸체의 하부면에는 외부 콘택(AK, AK')이 제공되어 있으며, 상기 외부 콘택들에 의해서는 부품이 외부 회로 주변과 콘택팅 될 수 있다. 이와 같은 부품은 예를 들어 LC-필터로서 형성될 수 있으며, 상기 LC-필터의 경우에는 L- 및 C-부재들의 적합한 회로 결선이 이동 통신 분야의 단말 장치에 사용될 수 있는 것과 같은 대역 통과 필터를 실현한다.
본 발명에 따른 다층 세라믹을 다른 부품을 위한 기판으로서 사용하는 것도 또한 가능하다. 이 목적을 위하여 다층 세라믹은 하부면에 있는 외부 콘택 외에 상부면에 있는 접속면(도면에는 도시되지 않았음)을 추가로 더 구비하며, 상기 접속면 위에는 분리된 또는 집적된 부품, 또는 임의의 부품 칩, 예를 들어 탄성 표면파로 동작하는 부품의 금속화층 구조물을 구비한 압전 결정이 존재한다.
본 발명에 따른 세라믹에 의해서 구현되는 세라믹 부품의 금속화층 구조물은 은 또는 소결 온도에서 안정적인 임의의 다른 금속으로 이루어질 수 있다. 관통 플레이트 결합부도 마찬가지로 은을 함유하는 재료로 채워지거나 또는 은-팔라듐-합금으로 채워질 수 있다. 상기 세라믹 부품은 다층 구조를 갖는 콤팩트한 몸체로서 형성될 수 있다. 그에 상응하게 구조화된 녹색 박막들을 하나의 다층 스택으로 연결하고 소결하는 것도 또한 가능하며, 상기 다층 스택 내에는 3차원 구조물이 구현된다. 따라서, 예를 들면 다층 스택 내부에 개방 또는 폐쇄될 수 있는 공동부를 구현하는 것이 가능해진다. 개방된 공동부 내에서는 예를 들어 분리된 부품이 배치되어 금속화층 구조물과 연결될 수 있다. 이와 같은 상황은 특히 콤팩트한 부품의 구현을 가능케 한다.
본 발명은 개별적으로 도시된 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명의 틀 안에는 추가의 조성물이 존재하는데, 이와 같은 조성물에서는 순수한 상의 금속 성분들이 전술된 최대 30 몰%의 범위에서 전술된 대체 원자로 교체되었다. 상기 교체 그리고 이와 같은 교체에 의해서 달성되는 세라믹 특성들을 위해서 결정적인 요소는 순수한 상들의 개별 결정 구조물을 유지하는 것이다. 그렇기 때문에 일반적으로 원자가 및 원자 직경과 관련해서 유사한 금속들은 서로 아무 문제 없이 교체될 수 있다. 본 발명에 따른 두 가지 순수한 상 A 및 B의 혼합물은 두 가지 상 중에서 한 가지 상의 함량이 낮기 때문에 주로 다른 순수한 상으로 이루어지는 그와 같은 조성물이기도 하다. 각각의 혼합 상들은 순수한 상들에 비해 원하는 특성 스펙트럼과 관련하여 개선된 특징을 갖는다.
세라믹으로부터 제조되는 부품들도 전술된 실시예에 한정되지 않는다. 원칙적으로 세라믹으로부터는 다수의 상이한 전자 세라믹 부품이 제조될 수 있지만, 이 경우 세라믹은 상이한 패시브 소자들에 집적되는 부품에 특히 적합하다. 이와 같은 부품들은 바람직하게 상기 부품들이 최대 출력으로 작동되지 않는 장소에 사용될 수 있는데, 특히 신호 처리 부품 또는 데이터 처리 부품이 그 경우에 해당한다.

Claims (21)

  1. 2상 혼합물 xA + (1-x)B로 이루어진 세라믹 재료로서,
    - 이 경우 0 < x < 1이고,
    - 이 경우 상 A는 정방 결정계의 대칭구조를 가지는 Bi3NbO7의 변체를 기초로 하고,
    - 이 경우 상 B는 Bi2(Zn2/3Nb4/3)O7의 단사 결정계의 파이로클로르 변체를 기초로 하며,
    - 이 경우 상기 두 가지 상들은 Bi, Zn 및 Nb가 전체 재료 내에서 각각 30 몰%의 비율까지 다른 금속으로 대체되도록, 하지만 Nb는 100 몰%까지 Ta로 대체될 수 있도록 변동될 수 있는, 세라믹 재료.
  2. 제 1 항에 있어서,
    Bi는 30 몰%의 비율까지 Ca, Sr, Ba, Pb, Cd, Y, La 및 58 내지 71의 원소 번호를 갖는 희토류 원소들로부터 선택된 원소들 중에서 하나 또는 다수의 원소로 대체되는, 세라믹 재료.
  3. 제 1 항에 있어서,
    Zn은 30 몰%의 비율까지 Mg, Ca, Co, Mn, Ni, Fe, Cr 및 Cu로부터 선택된 하나 또는 다수의 원소로 대체되는, 세라믹 재료.
  4. 제 1 항에 있어서,
    Nb는 30 몰%의 비율까지 Sn, Ti, Hf, Sb, Ta, V, W 및 MO로부터 선택된 하나 또는 다수의 원소로 대체되는, 세라믹 재료.
  5. 제 1 항에 있어서,
    원소 Zn-Nb-Bi의 상 다이아그램에서 아래와 같은 좌표;
    A: Zn = 4.0; Nb = 30.0; Bi = 66.0
    B: Zn = 7.8; Nb = 25.0; Bi = 67.2
    C: Zn = 16.0; Nb = 30.0; Bi = 54.0
    D: Zn = 15.0; Nb = 35.0; Bi = 50.0을 갖는 네 개의 점들 A, B, C 및 D에 의해서 규정되는, 세라믹 재료.
  6. 제 5 항에 따른 세라믹 재료로부터 소결된 세라믹으로서,
    소결 온도가 960 ℃ 미만인, 소결 세라믹.
  7. 제 6 항에 있어서,
    유전 상수가 65 - 95인, 소결 세라믹.
  8. 제 6 항에 있어서,
    1 GHz의 측정 주파수에서는 유전 품질이 800 이상인, 소결 세라믹.
  9. 제 6 항에 있어서,
    세라믹 재료 내에서 상기 상 A의 상대적인 몰 비율 x는 0.10 내지 0.80인, 소결 세라믹.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 상들은 혼합물 내에서 전술된 메인 성분들의 순수한 상으로서 존재하는, 소결 세라믹.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 순수한 상 A 및 B의 도메인의 직경은 10 ㎛보다 작거나 같은, 소결 세라믹.
  12. 제 6 항에 따른 소결 세라믹을 포함하는 전기 부품.
  13. 제 12 항에 있어서,
    다층 구조로 형성된 패시브 소자들로 구성된 회로를 포함하며, 상기 다층 구조에서는 전술된 세라믹으로 이루어진 다수의 세라믹 층들이 구조화된 금속화층 평면과 교대로 배치되어 하나의 모놀리식 스택으로 소결되며, 상기 구조화된 금속화층 평면들은 관통 플레이트 결합을 통해 서로 연결되어 패시브 소자들로 구성된 회로를 형성하는, 전기 부품.
  14. 제 13 항에 있어서,
    LC 필터로서 형성된, 전기 부품.
  15. 제 12 항에 있어서,
    전기 부품용 기판으로서 형성된, 전기 부품.
  16. 제 1 항에 따른 세라믹 재료를 제조하기 위한 방법으로서,
    제일 먼저 순수한 상 A 및 B를 별도로 제조하며,
    상기 순수한 상들을 하나의 분말로 분쇄하며,
    상기 분말에 사전에 결정된 비율로 두 가지 순수한 상을 혼합하는, 세라믹 재료의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 혼합물을 하나의 녹색 몸체로 가공 및 소결하는, 세라믹 재료의 제조 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 순수한 상들을 각각 혼합된 산화물-방법으로 제조하는, 세라믹 재료의 제조 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 소결 과정을 960 ℃ 미만의 온도에서 실시하는, 세라믹 재료의 제조 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    - 녹색 몸체로서 박막을 제조하며,
    - 상기 박막 안에 관통 플레이트 결합부를 천공하여 전도성 재료로 채우며,
    - 상기 박막을 전극 재료로 이루어진 금속화층 구조물로 프린팅 하며,
    - 다수의 상이한 박막을 서로 겹쳐서 적층하고, 라미네이팅 처리하며, 소결하는, 세라믹 재료의 제조 방법.
  21. 1-5 GHz 주파수 범위를 위한 LTCC-기술에 적용되는 이동 무선 통신용 LC-필터를 제조하기 위하여, 제 12 항에 따른 전기 부품을 사용하는 방법.
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