KR19980070947A - 유전체 페이스트와 이것을 이용한 후막 커패시터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유리분말과, 납계 페로브스키트 화합물의 유전체 분말, 및 유기용매를 포함하는 유전체 페이스트에 관한 것으로, 상기한 유리분말은 xBi2O3-yPbO-zSiO2(이 식에서, x＋y＋z는 100몰부이며, x, y, 및 z의 값들은 3원 조성도에 다섯 개의 점들 A (25,5,70), B (10,20,70), C (10,60.30), D (35,60,5), 및 E (90,5,5)로 연결된 선들로 둘러싸인 영역내에, 또는 선상에 있다)로 표시되는 조성을 갖는 것을 특징으로 한다. 유전체 페이스트에 의해, 유전체막이 870℃ 이하의 저온에서 소결됨으로써 형성된다.
Description
본 발명은 유전체 페이스트(dielectric paste), 및 이를 이용한 후막 커패시터(thick film capacitor)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 세라믹 발진자(ceramic oscillator)의 부하 커패시터를 형성하기 위한 재료로서 유용한 유전체 페이스트, 및 이를 이용한 후막 커패시터에 관한 것이다.
후막 커패시터는 예를 들어 후막집적회로(thick film integrated circuit)의 구성요소로서 이용되어진다. 이런 후막 커패시터를 위한 유전체 재료로서, 주로 티탄산 바륨 세라믹으로 구성되며, 거기에 원하는 만큼의 유리성분이 주로 첨가된 것이 사용된다.
예를 들어, 유전체 재료로서 BaTiO3-CaSnO3-CaSiO3세라믹이 사용되는 예가 일본 특허 공개번호 51-48159호 공보에 기재되어 있으며, BaTiO3-(Pb,Sr)(Ti,Sn)O3와 유리가 유전체 재료로서 사용되는 예가 일본 특허 공개번호 51-150097호 공보에 기재되어 있다. 상술한 유전체 재료의 분말과 임의의 유리분말을 유기 담체(vehicle)에 분산시킴으로써 유전체 페이스트를 형성하고, 알루미나(alumina) 등의 절연기판에 스크린 인쇄법(screen-printing)등의 수단에 의해 이것을 도포하며, 그런 다음 공기중에서 소결시킴으로써, 그래서 후막 커패시터가 얻어진다.
디지털 IC 기술의 발전으로, 압전 세라믹을 이용하는 세라믹 발진자는, 전자기기에서 기준신호발생용소자(reference signal generating element)로서 널리 이용되게 되었다. 이런 세라믹 발진자는, 발진회로를 구성하는데 필요한 공진자의 온도특성에 따른 부하 커패시터에 보통 접속된다. 최근의 전자기기의 소형화에 의해, 세라믹 발진자와 같은 전자부품의 소형화에 대한 요구가 또한 증가하고 있다.
이 때문에, 세라믹 발진자에 접속된 부하 커패시터로서, 분리형 커패시터 대신에, 후막 커패시터를 이용하는 것이 시도되어, 커패시터 내장의 세라믹 발진자를 얻었다. 그러나, 상술한 종래의 유전체 페이스트를 이용하여 제조된 후막 커패시터는 하기와 같은 문제점들을 안고 있다.
즉, 고유전율을 얻기위해, 종래의 유전체 페이스트는 유전체 분말을 대량으로 함유하기 때문에, 얻어진 유전체막의 크기가 악화된다는 문제가 있었다. 소형화의 부족을 보충하기 위해 900℃를 초과하는 고온에서 소성시킬 필요가 있다. 그러나, 이런 고온에서의 소결은, 이미 기판위에 형성된 후막 커패시터를 위한 커패시터 전극과 같은, 상기한 소결전에 이미 기판 위에 형성된 다른 회로요소에 악영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 상술한 커패시터 전극이 소성에 의해 형성되는 경우에 소결온도는 일반적으로 850℃~900℃이기 때문에, 유전체 페이스트가 900℃를 초과하는 온도로 소결되는 경우, 커패시터 전극은 바람직하지 않은 확산, 반응 등을 진행할 수 있다. 그러므로, 유전체 페이스트를 가능한한 저온에서 소결시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하는 유전체 페이스트와, 이런 유전체 페이스트를 사용하는 후막 커패시터를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 유전체 페이스트에 함유된 유리분말의 조성범위를 나타내는 xBi2O3-yPbO-zSiO2의 3원 조성도이다.
도 2는 본 발명의 첫 번째 실시예∼세 번째 실시예에서 제작된 후막 커패시터 1을 제공하는 후막인쇄회로장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 후막 커패시터들 11, 12가 결합되며, 본 발명의 네 번째 실시예에서 제작된 세라믹 발진자 13을 나타내는 단면도이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1, 11, 12: 후막 커패시터
3, 15, 16: 하층도체
4, 17, 18: 유전체막
5, 19, 20: 상층도체
13: 세라믹 발진자
23: 공진소자
본 발명은 유리분말과, 납계 페로브스키트 화합물의 유전체 분말, 및 유기 담체를 포함하는 유전체 페이스트를 제공하며, 유리분말은 xBi2O3-yPbO-zSiO2(이 식에서, x＋y＋z는 100몰부이며, x, y, 및 z의 값들은 3원 조성도에 다섯 개의 점들 A (25,5,70), B (10,20,70), C (10,60.30), D (35,60,5), 및 E (90,5,5)로 연결된 선들로 둘러싸인 영역내에, 또는 선상에 있다)로 표시되는 조성을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기한 유전체 페이스트에 의해, 예를 들어, 870℃ 미만의 상대적으로 저온에서 이것을 소결하는 경우에도, 치밀한 유전체막이 얻어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 유전체 페이스트를 사용함으로써, 내습특성과 같은 신뢰성을 가속화하는 후막 커패시터가 얻어진다.
상기한 유전체 페이스트에서, x, y, 및 z의 값은 바람직하게는, 3원 조성도에 네 개의 점들 F(15,30,55), G(30,45,25), H(45,30,25), 및 I(45,5,50)로 연결된 선들로 둘러싸인 영역내에, 또는 선상에 있는 것이 좋다.
상기한 바람직한 유전체 페이스트에 의해, 내습의 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다.
상기한 유전체 페이스트에서, 바람직하게는 유전체 분말의 퀴리점이 120℃에서 500℃ 정도까지의 범위내에 있는 것이 좋다.
상기한 유전체 페이스트에 의해, 정전용량의 온도특성이 정특성을 나타내는 후막 커패시터가 얻어지며, 후막 커패시터는 양의 온도특성을 갖는 공진자를 포함하는 세라믹 발진자를 위한 부하 커패시터로서 특히 효과적으로 사용된다.
상기한 유전체 페이스트에서, 유리분말과 유전체 분말의 총량에 대하여, 유리분말은 35중량% 정도에서 95중량% 정도까지의 범위내에 있을 수 있으며, 유전체 분말은 65중량% 정도에서 5중량% 정도까지의 범위내에 함유될 수 있다. 바람직하게는, 유리는 40∼90중량% 정도인 것이 좋다. 유전체 페이스트에 의해, 유전체 페이스트의 소결온도로서 850℃ 미만과 같은 이런 저온값에서도 유전체막이 치밀한 막으로서 형성된다.
상기한 유전체 페이스트에서, 유리분말은 xBi2O3-yPbO-zSiO2(이 식에서, x＋y＋z는 100몰부이며, x, y, 및 z의 값은 3원 조성도에 다섯 개의 점들 A (25,5,70), B (10,20,70), C (10,60.30), D (35,60,5), 및 E (90,5,5)로 연결된 선들로 둘러싸인 영역내에, 또는 선상에 있다)로 표시되는 조성을 갖는 주성분의 80몰%정도 이상과, TiO2, ZrO2, BaO 및 SrO를 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 추가성분의 20몰%정도 미만을 포함할 수 있다.
유리를 함유하는 유전체 페이스트에서 얻어진 유전체막의 유전율이 더욱 향상될 수 있으며, 후막 커패시터에서 용량온도특성(TCC)의 제어가 급격하게 형성될 수 있다.
본 발명은 유리 및 납계 페로브스키트 화합물의 유전체를 함유하는 유전체막을 포함하는 후막 커패시터를 또한 제공하며, 상기한 유리는 xBi2O3-yPbO-zSiO2(이 식에서, x＋y＋z는 100몰부이며, x, y, 및 z의 값은 3원 조성도에 다섯 개의 점들 A (25,5,70), B (10,20,70), C (10,60.30), D (35,60,5), 및 E (90,5,5)로 연결된 선들로 둘러싸인 영역내에, 또는 선상에 있다)로 표시되는 조성을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 후막 커패시터에 따르면, 세라믹 발진자와 같은 전자부품들은, 분리형 커패시터 대신에 이 후막 커패시터를 전자부품들에 결합시킴으로써 소형화 또는 박층화될 수 있다. 예를 들어, 세라믹 발진자의 부하 커패시터로서 본 발명의 후막 커패시터를 사용함으로써 발진 주파수가 적게 변동하는 발진자가 얻어지며, 이 후막 커패시터를 세라믹 발진자에 결합시킴으로써 세라믹 발진자가 박층화되며 소형화된다.
상기한 후막 커패시터에서, 바람직하게는 x, y, 및 z의 값은 3원 조성도에 네 개의 점들 F(15,30,55), G(30,45,25), H(45,30,25), 및 I(45,5,50)로 연결된 선들로 둘러싸인 영역내에, 또는 선상에 있는 것이 좋다.
상기한 후막 커패시터에서, 바람직하게는 유전체 재료의 퀴리점이 120℃에서 500℃ 정도까지의 범위내에 있는 것이 좋다.
상기한 후막 커패시터에서, 유리분말과 유전체 재료의 총량에 대하여, 유리는 35중량% 정도에서 95중량% 정도까지의 범위내에 함유될 수 있으며, 유전체 재료는 65중량% 정도에서 5중량% 정도까지의 범위내에 함유될 수 있다.
상기한 후막 커패시터에서, 유리는 xBi2O3-yPbO-zSiO2(이 식에서, x＋y＋z는 100몰부이며, x, y, 및 z의 값들은 3원 조성도에 다섯 개의 점들 A (25,5,70), B (10,20,70), C (10,60.30), D (35,60,5), 및 E (90,5,5)로 연결된 선들로 둘러싸인 영역내에, 또는 선상에 있다)로 표시되는 조성을 갖는 주성분의 80몰%정도 이상과, TiO2, ZrO2, BaO 및 SrO를 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 추가성분의 20몰%정도 미만을 포함할 수 있다.
상기한 후막 커패시터는 양의 온도특성을 갖는 공진자를 포함하는 세라믹 발진자를 위한 부하용량소자(load capacity element)로서 사용될 수 있다.
본 발명은 유전체막을 갖는 후막 커패시터를 위한 상기한 유전체 페이스트의 사용을 또한 제공하며, 상기한 유전체 페이스트는 유전체막을 제공하는데 사용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 첨부한 도면들을 참조하여, 열거한 하기의 실시예들로부터 더 잘 이해될 것이다.
첫 번째 실시예
도 2는 본 발명의 첫 번째 실시예에서 제조된 후막 커패시터 1에 제공된 후막인쇄회로장치를 나타내는 단면도이다. 후막인쇄회로장치는 전기 절연성 재료로 구성되며, 하층도체 3과, 유전체막 4, 및 유전체막 4를 경유하여 하층도체 3와 대향하는 상층도체 5로 구성된 기판 2를 구비한다. 상기한 층들은 기판 2에 순차적으로 형성된다.
본 발명의 유전체 페이스트는, 상술한 유전체막 4를 형성하는데 사용된다. 즉, 후막 커패시터 1의 커패시터 전극들 중의 하나가 되는 하층도체 3을 형성한 후, 유전체 페이스트는 하층도체 3 위에 도포되며, 그런 다음 소결되어, 유전체막 4를 형성한다. 그후, 후막 커패시터 1의 다른 커패시터 전극이 되는 상층도체 5가 형성된다. 이렇게 얻은 후막 커패시터 1의 특성을, 첫 번째 실시예에서 후술한 바와 같이 평가할 것이다.
유전체 페이스트를 다음과 같이 제조하였다.
유리성분의 출발재료로서 Bi2O3, PbO 및 SiO2를 준비하고, 표 1에 나타낸 유리 조성(몰%)이 얻어지도록 혼합하였다. 그런 다음, 이렇게 얻은 혼합물을 1100℃~1500℃의 온도하에 용융시켜서, 용융 유리를 만들었다. 그런 다음, 이 용융된 유리를 순수한 물에 넣어 이것을 식힌후, 유리 분말을 얻도록 이것을 분쇄하였다.
| 시료번호 | Bi2O3 | PbO | SiO2 |
| 1 | 25 | 5 | 70 |
| 2 | 10 | 20 | 70 |
| 3 | 10 | 60 | 30 |
| 4 | 35 | 60 | 5 |
| 5 | 90 | 5 | 5 |
| 6 | 45 | 5 | 50 |
| 7 | 15 | 30 | 55 |
| 8 | 30 | 45 | 25 |
| 9 | 45 | 30 | 25 |
| 10 | 10 | 10 | 80 |
| 11 | 0 | 70 | 30 |
| 12 | 20 | 70 | 10 |
| 13 | 60 | 40 | 0 |
| 14 | 70 | 0 | 30 |
표 1에 나타낸 시료의 조성을, 도 1의 3원 조성도에 플로트(plot)한다. 도 1에서, 원에 의해 포위된 수들은 표 1의 시료번호들에 해당한다.
한편, 퀴리점이 280℃인 (Pb0.97Sr0.03){(Sb0.5Sn0.5)0.05Zr0.46Ti0.49}O3에 의해 표시되는 납계 페로브스키트 화합물 세라믹(lead perovskite compound ceramic)을 분쇄하여, 유전체 분말을 얻었다.
그런 다음, 유리분말/유전체 분말/유기담체＝35/35/30(중량%)이 되도록, 상기한 유리분말과 유전체분말을 유기담체와 함께 혼합하고 반죽하여, 유전체 페이스트를 제조하였다. 여기에서, 상기한 유기담체는, 아크릴 수지(acrylic resin)를 α-테르피네올(terpineol)에 용해시킴으로써 얻어졌다.
그런 다음, 상술한 바와 같이 얻어진 유전체 페이스트를 유전체막 4로서 사용하여, 도 2에 나타낸 바와 같이 후막 커패시터를 갖는 후막인쇄회로장치를 제조하였다.
즉, 기판 2와 같은 알루미나(alumina) 기판을 제공한 후, 그 위에 Ag/Pd 페이스트를 스크린 인쇄한 후, 850℃에서 소결시킴으로써, 직경이 3.8㎜인 하층도체를 제조하였다. 그런 다음, 하층도체 3 위에 미리 제조된 유전체 페이스트를 스크린 인쇄하고, 표 2에 나타낸 바와 같이 850℃~890℃의 온도에서 소결시킴으로써, 직경 6㎜의 디스크 형상의 유전체막 4를 형성시켰다. 그런 다음, 열경화성의 Ag 페이스트를 제조한 후, 유전체막 4 위에 이것을 스크린 인쇄하고, 이것을 가열경화함으로써, 직경 4㎜의 상층도체 5를 유전체막 4 위에 형성하였다.
따라서, 후막 커패시터 1을 갖는 후막인쇄회로장치를 완성하였다.
그런 다음, 후막 커패시터 1의 특성들을 결정하기 위해, 즉, 표 2에 나타낸 정전용량, 유전손실, 유전율, 및 용량치온도특성(TCC)의 특성들을 알기 위해, 필요한 측정을 실시하여 유전체막 4의 특성들을 평가하였다. 정전용량 및 유전손실(tan δ)에 관하여, 1㎒의 주파수, 1Vrms의 전압, 및 25℃의 온도의 조건하에서 측정을 실시하고, 후막 커패시터 1의 측정된 정전용량과 크기(size)로부터 유전율 εx를 계산하였다. 또한, 시료들을 85℃의 온도 및 85%의 상대습도의 분위기 중에서 방치한 후, 100V의 직류전압을 1분간 인가함으로써, 절연저항(IR)을 측정하였다. 1㎒의 주파수, 1Vrms의 전압의 조건하에서, －20℃~＋80℃의 온도에서 용량치온도특성(TCC)를 측정하였다.
| 시료번호 | 소결온도(℃) | 정전용량(㎊) | 유전손실(%) | 유전율εr | 절연저항 log IR(W) | TCC(%/℃) |
| 1 | 870 | 138 | 1.0 | 25 | ＞9 | 0.04 |
| 2 | 870 | 166 | 1.2 | 30 | ＞9 | 0.05 |
| 3 | 850 | 276 | 1.5 | 50 | ＞9 | 0.09 |
| 4 | 850 | 442 | 1.7 | 80 | ＞9 | 0.18 |
| 5 | 850 | 436 | 1.6 | 79 | ＞9 | 0.16 |
| 6 | 850 | 177 | 1.3 | 32 | ＞11 | 0.07 |
| 7 | 850 | 226 | 1.4 | 41 | ＞11 | 0.07 |
| 8 | 850 | 397 | 1.6 | 72 | ＞11 | 0.16 |
| 9 | 850 | 304 | 1.5 | 55 | ＞11 | 0.10 |
| 10 | 890 | 110 | 0.8 | 20 | ＞9 | 0.04 |
| 11 | 850 | 221 | 1.9 | 40 | ＜9 | 0.07 |
| 12 | 850 | 331 | 2.3 | 60 | ＜9 | 0.10 |
| 13 | 850 | - | - | - | - | - |
| 14 | 850 | - | - | - | - | - |
표 1 및 표 2에서, 시료 1~시료 9는 본 발명의 범위내에 포함된다. 사용된 유전체 페이스트에 함유된 유리분말의 조성, 또는 얻어진 후막 커패시터 1의 유전체막 4에 함유된 유리 조성에 관하여, 시료 1~시료 9는 xBi2O3-yPbO-zSiO2로 표시되는 조성을 갖으며, 이들의 조성비(x,y,z)는 도 1의 3원 조성도에 점 A (25,5,70), 점 B (10,20,70), 점 C (10,60.30), 점 D (35,60,5), 및 점 E (90,5,5)에 의해 포위된 영역내에 있다. 시료 1~시료 9에서, 후막 커패시터 1은, 유전율이 25~80이고, 유전손실이 1.7% 이하이며, 절연저항(IR)이 내습시험후에 log IR로 환산하여 9를 초과하며, 정전용량의 온도계수의 얻은 양의 기울기가 0.04~0.18%이다. 또한, 시료 1~시료 9에서, 상술한 특성들을 갖는 후막 커패시터 1은 870℃ 이하의 온도에서 소결됨으로써 형성된 유전체막 4에 의해 얻어진다.
상술한 시료 1~시료 9 중에서 시료 6~시료 9에 대한 다른 것들을 주목한다면, 내습시험후에 log IR이 11을 초과하기 때문에 내습시험에 관한 이들의 신뢰성은 한층 개선되었다.
이렇게 사용된 유전체 페이스트에 함유된 유리분말의 조성, 또는 이렇게 얻은 후막 커패시터 1의 유전체막 4에 함유된 유리의 조성에 관하여, 시료 6~시료 9는 xBi2O3-yPbO-zSiO2로 표시되는 조성을 갖으며, 이들의 조성비(x,y,z)는 도 1의 3원 조성도에 점 F(15,30,55), 점 G(30,45,25), 점 H(45,30,25), 및 점 I(45,5,50)에 의해 포위된 영역내에 있다. 또한, 주지하는 바와 같이, 시료 6~시료 9에서는, 850℃의 이런 상대적으로 저온에서 소결됨으로써 유전체막 4가 형성되었다.
반면, 유리의 연화점이 너무 높고, 유전체막 4가 870℃ 이하의 소결온도에 의해 얻어지기가 어려울 수 있기 때문에, 대량의 SiO2가 있는 영역에 위치된 시료 10은 표 2에 나타낸 바와 같이 890℃의 소결온도를 요구한다. 그러나, 890℃의 온도에서 소결되는 경우에도, 이렇게 얻은 후막 커패시터 1은 단지 20의 유전율을 갖는다.
또한, 시료 11은, 유전손실이 1.9% 만큼 크며 log IR이 9 미만이기 때문에, 바람직하지 않다. 시료 11이 위치된 영역에 배치된 유리는, 유전체막 4의 치밀성의 관점에서 열등하다고 간주된다.
또한, 시료 12는, 유전손실이 2.3% 만큼 크고 log IR이 9 미만이기 때문에, 바람직하지 않다. 시료 12가 위치된 영역에 배치된 유리는 저(低)유리화도를 갖으며, 유전체막 4의 치밀성의 관점에서 열등하다고 간주된다.
시료들 13, 14에 관하여, 이들이 측정불가능하기 때문에, 특성값들을 표 2에 나타내지 않았다.
두 번째 실시예
첫 번째 실시예에서 제조된 시료 8의 유리분말과 첫 번째 실시예에서 또한 사용된 납계 페로브스키트 화합물의 유전체 분말을, 이들의 비율이 하기의 표 3에 나타낸 바와 같이 되도록 혼합하고, 유기담체를 (유리분말＋유전체 분말)/유기담체의 비＝70/30(중량%)이 되도록 첨가, 반죽함으로써, 유전체 페이스트를 제조하였다. 주지하는 바와 같이, 유기담체로서, 아크릴 수지(acrylic resin)를 α-테르피네올(terpineol)에 용해시킴으로써 얻은 것이 첫 번째 실시예와 유사하게 사용되었다.
| 시료번호 | 유리분말 | 유전체 분말 |
| 2-1 | 95 중량% | 5 중량% |
| 2-2 | 90 중량% | 10 중량% |
| 2-3 | 70 중량% | 30 중량% |
| 2-4 | 50 중량% | 50 중량% |
| 2-5 | 40 중량% | 60 중량% |
| 2-6 | 35 중량% | 65 중량% |
| 2-7 | 30 중량% | 70중량% |
| 2-8 | 10 중량% | 90중량% |
그런 다음, 상술한 바와 같이 얻은 유전체 페이스트를 사용함으로써, 첫 번째 실시예와 동일한 방법으로, 후막 커패시터 1을 제조하였다. 주지하는 바와 같이, 유전체막 5를 형성하는 소결온도는 850℃로 설정되었다. 그후, 이렇게 얻은 후막 커패시터 1의 특성들, 즉, 정전용량, 유전손실, 유전율, 내습시험후의 절연저항, 및 TCC가, 첫 번째 실시예와 동일한 방법으로 발견되었다. 표 4는 그 결과를 나타낸다.
| 시료번호 | 정전용량(㎊) | 유전손실(%) | 유전율εx | 절연저항log IR(W) | TCC(%/℃) |
| 2-1 | 138 | 1.5 | 25 | ＞9 | 0.06 |
| 2-2 | 160 | 0.5 | 29 | ＞9 | 0.06 |
| 2-3 | 304 | 1.4 | 55 | ＞9 | 0.13 |
| 2-4 | 397 | 1.6 | 72 | ＞9 | 0.16 |
| 2-5 | 447 | 1.6 | 81 | ＞9 | 0.18 |
| 2-6 | 491 | 1.7 | 89 | ＞9 | 0.19 |
| 2-7 | 530 | 2.0 | 96 | ＜9 | 0.21 |
| 2-8 | 784 | 2.4 | 142 | ＜9 | 0.23 |
표 3 및 표 4로부터 명백한 바와 같이, 시료들 2-7 및 2-8은, 유전손실이 2.0% 이상이고 내습시험후의 절연저항(IR)이 log IR로 환산하여 9 미만이기 때문에, 바람직하지 않다. 이것은, 유전체 페이스트의 소결온도가 본 실시예에서 850℃ 이하인 경우, 유전체막 4가 치밀한 막으로서 형성될 수 없다는 것을 나타낸다. 주지하는 바와 같이, 유전체 페이스트가 유전체막 4를 형성하는데 한번만 인쇄되었지만, 인쇄회수가 증가되어 유전체막의 두께를 증가시켜도, 초기절연성은 향상될 수 있을 지라도, 내습시험후의 절연성은 증가되지 않을 것이라고 생각된다.
반대로, 시료 2-1 ~ 2-6에서는, 바람직하게도, 유전손실이 1.7% 미만이며, 내습시험후의 절연저항(IR)이 log IR로 환산하여 9를 초과한다는 결과를 나타낸다. 이 사실로부터, 유전체막 4를 형성하는데 사용된 유전체 페이스트에 함유된 유리분말과 유전체 분말의 비율은, 바람직하게는, 유리와 유전체 재료의 총량에 대하여 유리가 35 중량% 정도에서 95 중량%까지의 범위내에 있고, 유전체 재료가 65 중량% 정도에서 5 중량%까지의 범위내에 있도록 하는 것이 좋다.
세 번째 실시예
도 2에 나타낸 후막 커패시터 1을 갖는 후막인쇄회로장치를 제조하였다.
먼저, 후막인쇄회로장치에 설치된 유전체막 4를 형성하기 위한 유전체 페이스트를 하기와 같이 제조하였다. 유리성분의 출발재료로서 Bi2O3, PbO, SiO2, TiO2, ZrO2및 BaCO3를 준비하였고, 표 5에 나타낸 유리조성이 얻어지도록 혼합하였다. 그런 다음, 이렇게 얻은 혼합물을 1100℃~1500℃의 온도하에 용융시켜서, 첫 번째 실시예와 동일한 방식으로 용융된 유리를 제조하였다. 그런 다음, 이 용융된 유리를 순수한 물에 넣어서, 이것을 식힌후, 유리분말을 얻도록 이것을 분쇄하였다.
| 시료번호 | Bi2O3 | PbO | SiO2 | TiO2 | ZrO2 | BaO | SrO |
| 3-1 | 28 | 28 | 24 | 20 | |||
| 3-2 | 24.5 | 24.5 | 21 | 30 | |||
| 3-3 | 28 | 28 | 24 | 20 | |||
| 3-4 | 24.5 | 24.5 | 21 | 30 | |||
| 3-5 | 28 | 28 | 24 | 20 | |||
| 3-6 | 24.5 | 24.5 | 21 | 30 | |||
| 3-7 | 28 | 28 | 24 | 20 | |||
| 3-8 | 24.5 | 24.5 | 21 | 30 | |||
| 3-9 | 28 | 28 | 24 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 3-10 | 35 | 35 | 30 |
표 5에서, 시료 3-1 ~ 시료 3-9의 유리분말은, Bi2O3, PbO, SiO2의 주성분 이외에도, 추가성분으로서 TiO2, ZrO2, BaO 및 SrO 중에서 적어도 하나를 함유한다. 시료들 3-1, 3-3, 3-5, 3-7 및 3-9는, 80몰% 주성분과 20몰% 추가성분을 함유한다. 한편, 시료 3-2, 3-4, 3-6, 및 3-8은, 70몰% 주성분과 30몰% 추가성분을 함유한다. 시료 3-10의 유리분말은 Bi2O3, PbO, 및 SiO2의 주성분만을 함유한다.
한편, 280℃의 퀴리점을 갖는 (Pb0.97Sr0.03){(Sb0.5Sn0.5)0.05Zr0.46Ti0.49}O3으로 표시되는 납계 페로브스키트 화합물 세라믹을 분쇄함으로써 얻은 유전체 분말을, 첫 번째 실시예에서 사용된 것과 유사하게 제조하였다.
또한, 유기담체로서, 아크릴 수지(acrylic resin)를 α-테르피네올(terpineol)에 용해시킴으로써 얻은 담체가, 첫 번째 실시예에서 사용된 것과 유사하게 사용되었다.
그런 다음, 유리분말/유전체 분말/유기담체＝35/35/30(중량%)가 되도록, 유리분말과, 유전체 분말, 및 유기담체를 혼합, 반죽하여, 유전체 페이스트를 제조하였다.
그런 다음, 상술한 바와 같이 얻은 유전체 페이스트를 유전체막 4로 사용하여, 도 2에 나타낸 바와 같이 후막 커패시터 1을 갖는 후막인쇄회로장치를 제조하였다. 여기에서, 후막 커패시터 1을 갖는 후막인쇄회로장치는, 하층도체 3 위에 스크린 인쇄된 유전체 페이스트를, 하층도체 3 위에 유전체막 4를 형성하기 위해 모든 시료들에 대하여 850℃의 온도에서 소결시킨 점을 제외하고는, 첫 번째 실시예의 설계 및 방법과 동일하게 완성되었다.
그후, 이렇게 얻은 후막 커패시터 1의 특성들, 즉, 정전용량, 유전손실, 유전율, 절연저항 및 용량치온도특성(TCC)가, 첫 번째 실시예와 동일한 방법으로 발견되었다.
표 6은 그 결과를 나타낸다.
| 시료번호 | 정전용량(㎊) | 유전손실(%) | 유전율εx | 절연저항 log IR(W) | TCC(%/℃) |
| 3-1 | 359 | 1.8 | 65 | ＞11 | 0.09 |
| 3-2 | 387 | 2.4 | 70 | ＜9 | - |
| 3-3 | 353 | 1.7 | 64 | ＞11 | 0.10 |
| 3-4 | 419 | 3.4 | 76 | ＜9 | - |
| 3-5 | 332 | 1.7 | 60 | ＞11 | 0.10 |
| 3-6 | 426 | 2.6 | 77 | ＜9 | - |
| 3-7 | 354 | 1.8 | 64 | ＞11 | 0.16 |
| 3-8 | 277 | 2.9 | 50 | ＜9 | - |
| 3-9 | 381 | 1.6 | 69 | ＞11 | 0.14 |
| 3-10 | 293 | 1.5 | 53 | ＞11 | 0.10 |
표 6에서 시료들 3-2, 3-4, 3-6, 및 3-8에 대한 TCC 측정값들은 발견되지 않았다.
표 5 및 표 6으로부터 명백한 바와 같이, TiO2, ZrO2, BaO 및 SrO 중에서 적어도 하나를 20몰% 이하를 함유하는 시료들 3-1, 3-3, 3-5, 3-7, 및 3-9는, 20몰% 정도 이상이지만 동일한 추가 성분을 함유하는 시료들 3-2, 3-4, 3-6, 및 3-8과 비교하여 유전율에서 더욱 개선되었다.
또한, TiO2, ZrO2, BaO 및 SrO 중에서 적어도 1종류를 총량에서 20몰% 정도 이하 포함하는 시료들 3-1, 3-3, 3-5, 3-7, 및 3-9를 비교한 후, 추가성분을 함유하지 않은 시료 10과, 시료들 3-1, 3-3, 3-5, 3-7, 및 3-9를 비교함으로써 명백한 바와 같이, 상술한 추가 성분을 20몰% 정도 이하를 포함함으로써, TCC 이상의 제어, 특정적으로는, TCC의 변화가 비교적 용이하게 달성될 수 있다.
한편, 추가성분의 20몰% 이상을 함유하는 시료들 3-2, 3-4, 3-6, 및 3-8은, 유전손실(tan δ)의 퇴보와 절연저항의 저하를 갖는다. 이것은, 이렇게 얻은 유리의 유리화도의 저하, 또는 결정용융온도의 저하로 인하여, 양호한 유전체막이 얻어지지 않았기 때문에 발생하는 것으로 생각된다.
네 번째 실시예
도 3은 후막 커패시터들 11, 12를 갖는 세라믹 발진자 13을 나타내는 단면도이며, 이것은 본 발명의 네 번째 실시예에서 제조된 것이다.
세라믹 발진자 13은 전기 절연성 재료로 구성된 기판 14를 구비한다. 기판 14에는, 하층도체들 15, 16, 유전체막 17, 18, 및 유전체막 17, 18을 경유하여 하층도체들 15, 16과 각각 대향하는 상층도체들 19, 20이, 후막 커패시터들 11, 12를 구성하며, 기판 14 위에 대칭적이며, 순차적으로 형성된다.
도전 접착제 21, 22는 상층도체들 19, 20 위에 도포되어, 도전 접착제들 21, 22를 경유하여 압전 세라믹으로 구성된 공진소자 23을 상층도체들 19, 20에 전기적으로 접속시키고, 기계적으로 유지시킨다.
본 발명의 유전체 페이스트는 상술한 유전체막 17, 18을 형성하는데 사용된다.
이하, 세라믹 발진자 13을 제조하는 방법을 설명한다.
먼저, 기판 14로서의 알루미나 기판을 제조하고, 그 위에 Ag/Pd 페이스트를 스크린 인쇄하며, 850℃에서 소결시킴으로써, 2.5㎜의 정사각형의 하층도체들 15, 16을 형성하였다. 그런 다음, 하층도체 15, 16 위에, 첫 번째 실시예에서의 시료 9와, 두 번째 실시예에서의 시료 2-4, 2-5, 및 세 번째 실시예에서의 시료 3-9의 유전체 페이스트를 스크린 인쇄하고, 850℃의 온도에서 이들을 소결시킴으로써, 하층도체들 15, 16 위에 2.0㎜의 정사각형의 유전체막 17, 18을 형성하였다. 그런 다음, 열경화성의 Ag 페이스트를 제조하고, 이것을 유전체막 17, 18 위에 스크린 인쇄하며, 이들을 가열경화함으로써 유전체막 17, 18 위에, 1.5㎜의 정사각형의 상층도체들 19, 20을 형성하였다. 또한, PZT 압전 세라믹으로 구성된 공진소자(resonator element) 23을 도전 접착제 21, 22를 경유하여 상층도체 19, 20에 고정시켰다. 그러므로, 후막 커패시터들 11, 12가 결합된 세라믹 발진자 13을 완성하였다.
그런 다음, 이렇게 얻은 세라믹 발진자 13에 대하여, 발진 주파수의 초기 편차와, 발진 주파수의 온도특성(－40℃~＋125℃), 및 공진저항을 발견하였다. 표 7은 그 결과를 나타낸다.
| 시료번호 | 발진 주파수의초기오차(%) | 발진 주파수의온도특성들(%) | 공진저항(W) |
| 9 | 0.1 | 0.03 | 15 |
| 2-4 | 0.08 | 0.01 | 15 |
| 2-5 | 0.09 | 0.05 | 15 |
| 3-9 | 0.1 | 0.02 | 15 |
표 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 유전체 페이스트로 구성된 후막 커패시터 11, 12를 이용함으로써, 발진 주파수가 적게 변동하는 세라믹 발진자 13이 얻어진다. 또한, 후막 커패시터 11, 12는 세라믹 발진자 13의 부하 용량으로서 이용될 수 있기 때문에, 세라믹 발진자 13은 박층화되며 소형화될 수 있다.
다른 실시예들
상술한 실시예들에서 납계 페로브스키트 화합물 유전체 물질로서 (Pb0.97Sr0.03){(S0.5Sn0.5)0.05Zr0.46Ti0.49}O3이 사용되었지만, 본 발명은 이것에만 한정되지 않는다. PbTiO3계, PbTiO3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3계, PbTiO3-Pb(Mg1/2W1/2)O3계, PbTiO3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3계, PbZrO3계, PbZrO3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3계, PbZrO3-Pb(Mg1/2W1/2)O3계, PbZrO3-Pb(Ni1/2W1/2)O3계, PbZrO3-Pb(Zr1/3Nb2/3)O3계, Pb(Zn1/3Nb2/3)O3계 등의 다양한 납계 페로브스키트 화합물들이 사용될 수 있다. 정전용량의 온도계수가 양의 특성을 나타내는 후막 커패시터들은, 퀴리점이 120℃~500℃의 범위내에 있는 것들을 선택함으로써 얻어질 수 있다.
또한, 아크릴 수지(acrylic resin)를 α-테르피네올(terpineol)에 용해시킴으로써 얻어졌던 담체가 상술한 실시예들에서 유전체 페이스트를 위한 유기 담체로서 사용되었지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 게다가, 에틸 셀룰로오스 수지(ethyl cellulose resin), 니트로셀룰로오스 수지(nitrocellulose resin), 부티랄 수지(butylal resin) 등이 수지성분으로서 사용될 수 있으며, 부틸 카르비톨(butyl carbitol) 등의 알콜형 담체, 부틸 카르비톨 아세테이트와, 아세틱 에스테르 등의 에스테르 용매, 또는 등유(kerosene)가 원한다면 사용될 수 있다. 또한, 계획된 사용에 따라서, 프탈산염(phthalate)등의 가소제(plasticizer)를 첨가할 수 있다.
또한, 본 발명의 유전체 페이스트는 상술한 실시예들에서 설명된 알루미나 기판 등의 절연성 기판위에 형성된 후막 커패시터를 얻는 것 이외에, 에를 들어 적층 세라믹 기판 등의 유전체 기판 위에 커패시터를 형성하는 것에 적용될 수 있다.
또한, 상술한 실시예들에서, 후막 커패시터 1 또는 11 및 12의 하층도체전극 3 또는 15 및 16이 소성에 의해 Ag/Pd로 구성되며, 다른 용량전극으로서 상층도체 5 또는 19 및 20이 열경화성 Ag 페이스트에 의해 형성되었지만, 본 발명은 이것에만 한정되지 않는다. Ag, Ag/Pt 및 Au 등의 소성형 도체들은 하층도체들로서 이용될 수 있으며, Ag, Ag/Pt, Au, Ag/Pd 및 Cu 등의 소성형 도체들 또는 열경화성 도체들이 상층도체들로서 각각 사용될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하였지만, 다양한 변화와 변경이 본 발명의 요지와 범위에서 벗어남이 없이 여기에 적용될 수 있다는 것은 해당 기술분야의 업자에게는 명백하다.
본 발명은 유리분말과, 납계 페로브스키트 화합물의 유전체 분말, 및 유기 담체를 포함하는 유전체 페이스트를 제공하며, 유리분말은 xBi2O3-yPbO-zSiO2(이 식에서, x＋y＋z는 100몰부이며, x, y, 및 z의 값들은 3원 조성도에 다섯 개의 점들 A (25,5,70), B (10,20,70), C (10,60.30), D (35,60,5), 및 E (90,5,5)로 연결된 선들로 둘러싸인 영역내에, 또는 선상에 있다)로 표시되는 조성을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기한 유전체 페이스트에 의해, 예를 들어, 870℃ 미만의 상대적으로 저온에서 이것을 소결하는 경우에도, 치밀한 유전체막이 얻어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 유전체 페이스트를 사용함으로써, 내습특성과 같은 신뢰성을 가속화하는 후막 커패시터가 얻어진다.
본 발명은 유리 및 납계 페로브스키트 화합물의 유전체를 함유하는 유전체막을 포함하는 후막 커패시터를 또한 제공하며, 상기한 유리는 xBi2O3-yPbO-zSiO2(이 식에서, x＋y＋z는 100몰부이며, x, y, 및 z의 값은 3원 조성도에 다섯 개의 점들 A (25,5,70), B (10,20,70), C (10,60.30), D (35,60,5), 및 E (90,5,5)로 연결된 선들로 둘러싸인 영역내에, 또는 선상에 있다)로 표시되는 조성을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 후막 커패시터에 따르면, 세라믹 발진자와 같은 전자부품들은, 분리형 커패시터 대신에 이 후막 커패시터를 전자부품들에 결합시킴으로써 소형화 또는 박층화될 수 있다. 예를 들어, 세라믹 발진자의 부하 커패시터로서 본 발명의 후막 커패시터를 사용함으로써 발진 주파수가 적게 변동하는 발진자가 얻어지며, 이 후막 커패시터를 세라믹 발진자에 결합시킴으로써 세라믹 발진자가 박층화되며 소형화된다.
상기한 유전체 페이스트에서, x, y, 및 z의 값은 바람직하게는, 3원 조성도에 네 개의 점들 F(15,30,55), G(30,45,25), H(45,30,25), 및 I(45,5,50)로 연결된 선들로 둘러싸인 영역내에, 또는 선상에 있는 것이 좋다.
상기한 바람직한 유전체 페이스트에 의해, 내습의 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다.
상기한 유전체 페이스트에서, 바람직하게는 유전체 분말의 퀴리점이 120℃에서 500℃ 정도까지의 범위내에 있는 것이 좋다.
상기한 유전체 페이스트에 의해, 정전용량의 온도특성이 정특성을 나타내는 후막 커패시터가 얻어지며, 후막 커패시터는 양의 온도특성을 갖는 공진자를 포함하는 세라믹 발진자를 위한 부하 커패시터로서 특히 효과적으로 사용된다.
상기한 유전체 페이스트에서, 유리분말과 유전체 분말의 총량에 대하여, 유리분말은 35중량% 정도에서 95중량% 정도까지의 범위내에 있을 수 있으며, 유전체 분말은 65중량% 정도에서 5중량% 정도까지의 범위내에 함유될 수 있다. 바람직하게는, 유리는 40∼90중량% 정도인 것이 좋다. 유전체 페이스트에 의해, 유전체 페이스트의 소결온도로서 850℃ 미만과 같은 이런 저온값에서도 유전체막이 치밀한 막으로서 형성된다.
상기한 유전체 페이스트에서, 유리분말은 xBi2O3-yPbO-zSiO2(이 식에서, x＋y＋z는 100몰부이며, x, y, 및 z의 값은 3원 조성도에 다섯 개의 점들 A (25,5,70), B (10,20,70), C (10,60.30), D (35,60,5), 및 E (90,5,5)로 연결된 선들로 둘러싸인 영역내에, 또는 선상에 있다)로 표시되는 조성을 갖는 주성분의 80몰%정도 이상과, TiO2, ZrO2, BaO 및 SrO를 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 추가성분의 20몰%정도 미만을 포함할 수 있다.
유리를 함유하는 유전체 페이스트에서 얻어진 유전체막의 유전율이 더욱 향상될 수 있으며, 후막 커패시터에서 용량온도특성(TCC)의 제어가 급격하게 형성될 수 있다.
Claims (20)
- 유리분말과, 납계 페로브스키트(perovskite) 화합물의 유전체 분말, 및 유기 담체를 포함하는 유전체 페이스트로서,상기한 유리분말이 xBi2O3-yPbO-zSiO2(이 식에서, x＋y＋z는 100몰부이며, x, y, 및 z의 값들은 3원 조성도에 다섯 개의 점들 A (25,5,70), B (10,20,70), C (10,60,30), D (35,60,5), 및 E (90,5,5)로 연결된 선들로 둘러싸인 영역내에, 또는 선상에 있다)로 표시되는 조성을 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 페이스트.
- 제 1항에 있어서, x, y, 및 z의 값들이 3원 조성도에 네 개의 점들 F(15,30,55), G(30,45,25), H(45,30,25), 및 I(45,5,50)로 연결된 선들로 둘러싸인 영역내에, 또는 선상에 있음을 특징으로 하는 유전체 페이스트.
- 제 2항에 있어서, 유전체 분말의 퀴리점은 120℃에서 500℃ 정도까지의 범위내에 있음을 특징으로 하는 유전체 페이스트.
- 제 3항에 있어서, 유리분말과 유전체 분말의 총량에 대하여, 유리분말이 35중량%에서 95중량% 정도까지의 범위내에 있으며, 유전체 분말이 65중량%에서 5중량% 정도까지의 범위내에 있음을 특징으로 하는 유전체 페이스트.
- 제 4항에 있어서, 유리분말이 xBi2O3-yPbO-zSiO2로 표시되는 조성을 갖는 성분의 80몰%정도 이상이며, TiO2, ZrO2, BaO 및 SrO로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 추가성분의 20몰%정도 미만임을 특징으로 하는 유전체 페이스트.
- 제 1항에 있어서, 유전체 분말의 퀴리점이 120℃에서 500℃ 정도까지의 범위내에 있음을 특징으로 하는 유전체 페이스트.
- 제 6항에 있어서, 유리분말과 유전체 분말의 총량에 대하여, 유리분말이 35중량%에서 95중량% 정도까지의 범위이며, 유전체 분말이 65중량%에서 5중량% 정도까지의 범위임을 특징으로 하는 유전체 페이스트.
- 제 7항에 있어서, 유리분말이 xBi2O3-yPbO-zSiO2로 표시되는 조성을 갖는 성분의 80몰%정도 이상이며, TiO2, ZrO2, BaO 및 SrO로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 추가성분의 20몰%정도 미만임을 특징으로 하는 유전체 페이스트.
- 제 1항에 있어서, 유리분말과 유전체 분말의 총량에 대하여, 유리분말이 35중량%에서 95중량% 정도까지의 범위이며, 유전체 분말이 65중량%에서 5중량% 정도까지의 범위임을 특징으로 하는 유전체 페이스트.
- 제 1항에 있어서, 유리분말이 xBi2O3-yPbO-zSiO2로 표시되는 조성을 갖는 성분의 80몰%정도 이상이며, TiO2, ZrO2, BaO 및 SrO로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 추가성분의 20몰%정도 미만임을 특징으로 하는 유전체 페이스트.
- 유리와 납계 페로브스키트 화합물의 유전체 재료를 함유하는 유전체막을 포함하는 후막 커패시터로서,상기한 유리는 xBi2O3-yPbO-zSiO2(이 식에서, x＋y＋z는 100몰부이며, x, y, 및 z의 값들은 3원 조성도에 다섯 개의 점들 A (25,5,70), B (10,20,70), C (10,60.30), D (35,60,5), 및 E (90,5,5)로 연결된 선들로 둘러싸인 영역내에, 또는 선상에 있다)로 표시되는 조성을 포함하는 것을 특징으로 하는 후막 커패시터.
- 제 11항에 있어서, x, y, 및 z의 값은 3원 조성도에 네 개의 점들 F(15,30,55), G(30,45,25), H(45,30,25), 및 I(45,5,50)로 연결된 선들로 둘러싸인 영역내에, 또는 선상에 있음을 특징으로 하는 후막 커패시터.
- 제 12항에 있어서, 유전체 재료의 퀴리점이 120℃에서 500℃ 정도까지의 범위내에 있음을 특징으로 하는 후막 커패시터.
- 제 13항에 있어서, 유리분말과 유전체 재료의 총량에 대하여, 유리가 35중량%에서 95중량% 정도까지의 범위내에 있으며, 유전체 재료가 65중량%에서 5중량% 정도까지의 범위내에 있음을 특징으로 하는 후막 커패시터.
- 제 14항에 있어서, 유리가 xBi2O3-yPbO-zSiO2로 표시되는 조성을 갖는 주성분의 80몰%정도 이상이며, TiO2, ZrO2, BaO 및 SrO로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 추가성분의 20몰%정도 미만을 포함하는 것을 특징으로 하는 후막 커패시터.
- 제 11항에 있어서, 유전체 재료의 퀴리점이 120℃에서 500℃ 정도까지의 범위내에 있음을 특징으로 하는 후막 커패시터.
- 제 11항에 있어서, 유리분말과 유전체 재료의 총량에 대하여, 유리가 35중량%에서 95중량% 정도까지의 범위이며, 유전체 재료가 65중량%에서 5중량% 정도까지의 범위임을 특징으로 하는 후막 커패시터.
- 제 11항에 있어서, 유리가 xBi2O3-yPbO-zSiO2로 표시되는 조성을 갖는 주성분의 80몰%정도 이상이며, TiO2, ZrO2, BaO 및 SrO로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 추가성분의 20몰%정도 미만을 포함하는 것을 특징으로 하는 후막 커패시터.
- 양의 온도특성을 갖는 공진자와, 제 13항에 따른 후막 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 발진자.
- 양의 온도특성을 갖는 공진자와, 제 16항에 따른 후막 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 발진자.
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