KR19990008479A - 고주파용 세라믹 유전체 조성물 - Google Patents

고주파용 세라믹 유전체 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저온에서 소결이 용이하게 이루어질 수 있고 제조공정이 간단하며 조성이 단순하여 제조원가의 절감에 이바지할 수 있는 새로운 고주파용 세라믹 유전체 조성물에 관한 것으로, B'B2O6(B'은 Mg, Ca, Co, Mn, Ni, Zn 중에서 선택된 어느 일종의 금속, B은 Nb, Ta 중에서 선택된 어느 일종의 금속)로 이루어지는 고주파용 세라믹 유전체 조성물이 제공된다.

Description

고주파용 세라믹 유전체 조성물
본 발명은 고주파용 세라믹 유전체 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소결조제를 별도로 첨가함이 없이도 보다 저온에소 소결이 용이할 뿐 아니라 제조공정이 간단하여 제조원가를 절감할 수 있는 고주파용 세라믹 유전체 조성물에 관한 것이다.
최근들어 이동 통신 및 위성 방송 등의 정보 통신 기기의 이용 확대로 고주파를 이용하는 세라믹 유전체 소자에 대한 관심이 고조되고 있다. 특히 이동 통신 매체로서는 자동차 전화, 무선 전화, 페이저, GPS(Global Positioning System) 등을 들 수 있는데 고주파용 세라믹 유전체는 이들 시스템에서 유전체 공진기로서 대역 통과 필타, 발진기, 안테나 등으로 사용된다.
고주파용 세라믹 유전체에 대한 연구는 최초로 TiO2에 대해서 시작된 이래 많은 TiO2계에 대한 연구가 수행되어 졌다. 그 결과 현재 사용되고 있는 고주파 유전체 조성들은 Ba2Ti9O20, (Zr, Sn)TiO4, BaO-RE2O3-TiO2계 (Re:Rare earth), BaO-PbO-Nd2O3-TiIO2등 많은 TiO2계와, 최근에는 Ba(Mg1/3Ta2/3)O3, Ba(Zn1/3Ta2/3)O3, Ba(Mg1/3Nb2/3)O3과 같은 복합 페로보스카이트 구조를 갖는 유전체들이 많이 발견되었으며, 또한 두 종류의 페로브스카이트의 고용체를 이용하여 새로운 유전체의 재료를 개발하려는 노력이 시도되고 있다.
그러나, BNT계는 다른 고주파용 유전체에 비해 Q값이 작다는 단점이 있으며 공진주파수가 1GHz이하로 제한되는 문제점이 있다. 그리고 Nd2O3는 희토류 금속으로 다른 원소에 비해 고가의 원소라는 단점이 있다.
한편, (Zr, Sn)TiO4계는 높은 Q값과 안정된 온도 특성으로 가장 널리 상용화된 재료는 유전을 범위는 30-40, Q값은 4GHz에서 8000정도이며 공진주파수 온도계수는 -30∼+30ppm/℃ 범위에 있다. 그러나 ZST는 일반적인 고상 반응을 통해 제조하는 경우 하소 온도가 1100℃이상이며 소결조제의 첨가없이는 1600℃이하에서는 소결이 힘든 난소결정 물질로 알려져 있다. 따라서 소결 온도를 낮추기 위하여 CuO, Co2O3, ZnO 등의 소결 조제를 사용하나 소결 조제의 첨가가 ZST 자체의 물성을 저하시킨다고 알려져 있다. 따라서 가장 경제적인 고상법 대신에 Sol-Gel이나 알코옥사이드법, 공침법 등과 같은 액상법을 이용한 분말합성이 시도되고 있다. 그러나 이러한 방법은 공정이 복잡할 뿐 아니라 제조단가의 상승을 초래한다고 하는 문제점을 가지고 있다.
복합페로브스카이트계 유전체 역시 소결 온도가 1550℃가 넘는 난소결정물질로 소결이 어려운 단점을 가지고 있어 소결온도를 낮추기 위하여 첨가되는 원소(BaZrO3, Mn등)까지 감안하면 6-8가지 이상의 성분이 포함되어 지므로 공정인자를 제어하기 어려운 문제점을 안고 있다.
더욱이, 최근에는 이동통신에 사용되는 유전체 필터 등의 유전체 디바이스를 소형화하기 위해 소자의 적층화가 시도되고 있음을 감안한다면 지금까지 개발된 고주파용 세라믹 유전체의 유전특성을 거의 그대로 유지하면서도 저온에서의 소결 특성이 우수함과 동시에 조성이 간단한 새로운 유전체 조성물의 개발에 대한 필요성은 여전히 요구되고 있다.
본 발명자들은 이러한 점에 착안하여, 현재 널리 상용되고 있는 ABO3형의 입방정(Cubic)의 복합 페로브스카이트 구조를 갖는 화합물의 B자리 이온으로 이루어지는 2원계 재료에 대하여 연구를 거듭한 결과, 유전율, Q값 등의 유전특성은 복합 페로보스카이트 구조의 화합물과 거의 비슷한 수준을 유지하면서도 소결은 이보다 더 낮은 온도에서 가능하다는 사실을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.
즉, 본 발명에 따르면 일반식 B'B2O6(B'은 Mg, Ca, Co, Mn, Ni, Zn 중에서 선택된 어느 일종의 금속, B은 Nb, Ta 중에서 선택된 어느 일종의 금속)로 이루어지는 고주파용 세라믹 유전체 조성물이 제공된다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 통하여 상세히 설명하기로 한다.
[실시예]
고순도의 Nb2O5와 MO(M=Mg, Zn, Co, Ni 중의 어느 일종), Mn3O4또는 CaCO3분말을 정량으로 칭량하고, 이들을 증류수에서 지르코니아 볼을 이용하여 24시간 혼합하였다. 그후 비중 차에 의한 분급을 억제하기 위하여 스프레이를 이용하여 핫 플레이트(Hot plate)위에 분사하여 급속 건조를 시행하였다. 건조된 분말을 900∼1050℃의 온도에서 2시간 동안 알루미나 도가니에서 하소하였으며 하소 분말을 유발하여 분쇄하여 지르코니아 볼, 증류수와 함께 24시간 볼 밀링하였다. 분쇄 분말을 100℃ 오븐에서 적당한 수분량으로 건조한 후 1000kg/㎠의 압력으로 직경 10mm×두께 약 3-4mm의 원주 형태로 일축 가압 성형하였다. 위 시편을 1150-1600℃ 사이의 온도에서 2시간 소결하였다. 하소나 소결시의 승온속도는 5℃/min였으며 그 후 노냉하였다.
이렇게 하여 얻은 소결시편의 Q값, 유전율(ε)은 10GHz에서 네트워크 분석기(HP 8510)를 이용하여 하키-콜만(Hakki-Coleman)의 평행 도체판법으로 측정하였으며, Q값이 높은 시편은 공동 공진기법(Cavity법)으로 측정하였다.
한편, Q값은 소결온도에 따른 다른 값을 나타내므로 상이한 소결온도에서 Q값을 반복 측정하여 가장 우수한 값을 나타내는 온도를 소결온도로 하였으며, 유전율(ε)은 소결온도에 따라 큰 차이가 없으므로 한 소결온도에서 측정하였다.
이상의 결과를 표 1 및 2에 도시하였다.
표 1.
B'Nb2O6의 유전특성
2 6 2 6 2 6 2 6 2 6 4 4 4
2 6 2 6 2 6
2 6 2 6 2 3 2 5

Claims (3)

  1. 일반식 B'B2O6(B'은 Mg, Ca, Co, Mn, Ni, Zn 중에서 선택된 어느 일종의 금속, B은 Nb, Ta 중에서 선택된 어느 일종의 금속)로 이루어지는 고주파용 세라믹 유전체 조성물.
  2. 제1항에 있어서, B'Nb2O6와 B'Ta2O6를 소정의 몰비로 혼합하여 고용체로 형성한 것을 특징으로 하는 고주파용 세라믹 유전체 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유전체 조성물에 소결조제로서 CuO, V2O5또는 Bi2O3를 소정량 첨가하여서 이루어지는 것을 특징으로 하는 고주파용 세라믹 유전체 조성물.
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