KR19990025299A - 마이크로파 유전체 자기조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (Pb1-xCax)(Zr1-ySny)O3를 주성분으로 하여 산화아연(ZnO)와 산화안티모니(Sb2O3)를 미량 첨가하여 이루어진 위치변위 시스템용 저손실 유전체기 조성물 조성에 관한 것이다. 본 발명은 (Pb1-xCax)(Zr1-ySny)O3에 소결조제로 a ZnO + b Sb2O3가 첨가된 유전체 자기조성물로서 몰(mol)비로 0.15 x 0.40, 0.15 y 0.50이고, 소결조제의 첨가량은 (Pb1-xCax)(Zr1-ySny)O3에 대해 0 a + b 0.05 중량%의 조성으로 이루어진다. 본 발명의 조성물은 소결조제의 미량 첨가로 인해 소결조직의 치밀화가 이루어져서 고온부하 및 내습부하의 장기 신뢰성에 있어서 안정된 품수 값질계와 공진주파수의 안정된 온도특성을 나타내는 특성이 있다.

Description

마이크로파 유전체 자기조성물
본 발명은 Pb1-xCaxZr1-ySnyO3계에 소결조제로 산화아연(ZnO)과 산화안티모니(Sb2O3)가 미량 첨가된 조성으로 고온부하 및 내습부하 등의 장기신뢰성에 있어서 안정된 Q(품질계수) 값과 공진주파수의 안정된 온도특성을 가지는 마이크로파 유전체 자기 조성물에 관한 발명이다. 종래의 유전체 조성물에 관련된 미국특허 USP 5,219,809 및 5,164,882호는 기본조성과 소결조제의 유사성이 있으나 유전율의 향상과 소결온도의 저하에 따라서 용융성과 생산성을 향상시킨다고 기재되어 있다. 또한 일본의 가토등(Jpn. J. App. Phys. 30(9B) 2343 (1991), 32(9B) 4356 (1993))은 산화납(PbO), 산화칼슘(CaO), 산화지르코늄(ZrO2)으로 구성된 조성물을 산화물 혼합법에 의한 제조 방법으로 유전율이 개선된 값을 가지는 유전체 자기 조성물을 개발하였다고 보고하였고 신이치히라노(J. Am. Ceram. Soc., 74[6] 1320-1324 (1991)) 등이 발표한 논문에 의하면, Zn0.8Sn0.2TiO4 조성물은 10GHz에서 유전율이 40, 품질계수가 5,000 이상, 공진주파수의 온도계수가 20ppm/℃ 미만의 우수한 특성을 나타내는 유전체 자기조성물이 보고되고 있으나, 이는 알콕사이드(alkoxide)법에 의한 0.3㎛ 정도의 미세입자의 제조, 상대적으로 낮은 유전율 및 1,600℃ 정도의 고온 소성 등이 요구됨에 따라 제조 공정 상의 어려움이 있다. 그러나 상기와 같이 제조된 유전체 자기조성물들은 유전율과 품질계수면에서는 유전체 공진기 재료로도 사용할 수 있는 특성을 지니고 있으나 조직이 치밀하지 못하기 때문에 고온 다습한 지역에서 장시간 사용하게 되면 시간이 경과함에 따라 품질계수값이 저하되고 공진주파수의 온도특성이 불안정하게 되어 필터의 특성을 저하시키는 문제점이 있다.
발명은 종래의 유전체 자기조성물에 있어서, 품질계수값의 저하와 온도특성이 불안정하여 필터의 특성이 저하된다는데 착안하여 문제점을 해결하기 위한 방법으로 Pb1-xCaxZr1-ySnyO3계의 주조성에 소결조제로 산화아연(ZnO)과 산화안티몬(Sb2O3)를 미량 첨가하여 비교적 저온소결을 통해 소결조직을 치밀화함으로써 고온 부하 및 내습부하 특성를 향상시킨 마이크로파 유전체 자기조성물을 제공하는데 있다.
본 발명에 의한 마이크로파 유전체 자기조성물은 (Pb1-xCax)(Zr1-ySny)O3의 유전체 자기 조성물을 주성분으로 하며, 이 때 상기 x, y는 몰(mol)비로서 0.15 x 0.40, 0.15 y 0.50가 되도록 하며, 소결조제로 a ZnO + b Sb2O3가 미량 첨가된 유전체 자기조성물로 이와 같이 본 발명 유전체 자기조성물의 각 성분에 대한 수치 한정의 이유는 다음과 같다.
상기의 x 몰비가 x 0.1 인 경우에는 품질계수와 공진주파수의 곱이 매우 낮은 값을 가지며, x 0.40 인 경우에는 품질계수와 공진주파수의 곱은 증가하지만 유전율이 낮은 값을 가진다. 한편 y의 몰비가 y 0.15 인 경우에는 공진주파수의 온도의존계수가 -10ppm/℃ 이상의 값을 가지고, y 0.5 인 경우에 공진주파수의 온도의존계수가 +10ppm/℃ 이상으로 급격히 커지기 때문에 0.15 x 0.40, 0.15 y 0.50이 되도록 설정하였다.
이상의 조건하에서 소결조제를 첨가하지 않고 조성물을 제조한 경우에는 조성물의 소결온도가 1,450℃ 이상이 되고 소결조직이 치밀하지 못하게 나타나고, 0.05 중량% 이상으로 첨가되는 때에는 소성온도는 낮아지나 품질계수값이 급격히 강하되는 반면에, 소결조제 (ZnO + Sb2O3)가 0.05 중량% 이하로 첨가될 때에는 소성온도의 저하와 소결조직이 치밀화가 이루어지므로 0 a + b 0.05 중량%로 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명의 유전체 자기조성물은 주성분으로 산화납(PbO), 탄산칼슘(CaCO3), 산화지르코늄(ZrO2) 및 산화주석(SnO2)에 소결조제로 산화아연(ZnO)과 3가의 산화안티몬(Sb2O3)를 첨가하여 일반적인 소결체 제조공정을 통해 제조되었는데, 이때 소결 공정의 소성온도는 1,300 - 1,400℃의 비교적 낮은 온도에서 수행되므로 제조비용면에서 유리하다. 본 발명의 유전체 자기조성물은 5GHz에서 유전율이 110이상, 품질계수가 4,000 이상을 나타내며 소결조제의 첨가로 인해 조직이 매우 치밀화되기 때문에 고온부하 및 내습부하 등의 장기신뢰성에 있어서 안정된 품질계수값과 공진주파수의 안정된 온도의존계수를 나타내는 등의 우수한 장기 신뢰성을 가진다. 본 발명의 구체적인 제조공정과 제반특성은 다음의 실시예를 통하여 보다 명확하게 밝히고자 하며, 이들 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1-9]
고순도의 산화납(PbO), 탄산칼슘(CaCO3), 산화주석(SnO2), 산화지르코늄(ZrO2)의 주성분 원료분말에 소결조제로써 산화아연(ZnO)과 산화안티모니(Sb2O3)를 아래의 표 1에 나타나 있는 바의 조성비가 유지되도록 정확하게 평량하여 이를 산화지르코늄 볼과 나일론 자(Jar)를 이용하여 플레너터리 밀(plenetary mill)로 2시간 동안 혼합하였다. 분산매로 증류수를 사용하였으며 충분히 혼합된 슬러리는 건조 후 조성에 따라 1,100 내지 1,200℃에서 하소한 후 적절한 입도로 분쇄하였다. 다음, 하소분말은 건식 프레스를 이용하여 1 ton/cm2의 압력을 가하여 직경 10.0mm, 두께 4.554mm의 성형 시편을 얻었다. 이어서 시편을 1,300 내지 1,400℃ 온도에서 소성한 후에 시편의 양면을 평탄하게 연마하였다. 시편의 조성은 Pb1-xCaxZr1-ySnyO3의 기본 조성에 소결조제로 ZnO 및 Sb2O3가 첨가된 조성물로 Pb1-xCaxZr1-ySnyO3의 중량 100에 대하여 ZnO와 Sb2O3를 표 1과 같이 하여 첨가하였다. 제조된 시편에 대한 신뢰성시험은 전자산업협회 시험(EIA RS198) 기준으로 실시하였으며, 이때의 시험 조건은 다음과 같다. 고온부하시험(high temperature resistence test)은 85 ± 3℃, 인가전압 100V, 인가전류 50mA 미만으로 1,000 시간 동안 고온 부하 실험을 실시하였고, 내습부하실험은 50 ± 5℃ 온도 범위에서 습도 90 내지 95%, 인가전압 50V, 인가전류 50mA의 조건으로 500시간 실험 후 품질계수(Q) 값 및 공진주파수의 온도계수(τf)를 측정하였다. 유전율 및 손실계수의 측정은 Hakki Coleman 법에 의해서 실시하였으며 이들 특성을 측정한 결과는 1과 같다.
[비교예 10-11]
시편의 조성은 고순도의 산화납, 탄산칼슘, 산화주석, 산화지르코늄을 주성분으로 하여 표 1과 같이 배합하여 소결조제를 첨가하지 않고 실시예 1-9와 동일한 방법으로 시편을 제조하였다. 시편에 대한 신뢰성시험은 실시예와 동일하게 하였으며 그 결과는 표 1과 같다.
[비교예 12-13]
실시예 1-9와 동일한 방법으로 시편을 제조한 후 신뢰성시험을 한 결과는 표 1과 같다.
[표 1]
시료의 조성과 특성
본 발명은 유전체 자기조성물로 산화납, 산화칼슘, 산화지르코늄, 산화주석과 소결조제로 산화아연, 산화안티몬을 첨가하여 소결체 제조공정을 거쳐 비교적 낮은 온도에서 소성되므로 에너지사용량이 적어 제조원가면에서 유리하고, 유전율과 품질계수가 높으며 조직이 치밀하여 고온부하 및 내습부하 등의 장기신뢰성에 있어서 안정된 품질계수 값과 공진주파수의 안정된 온도의존계수를 나타내는 유전체 자기조성물을 제공한다.

Claims (2)

  1. 납-칼슘-지르코늄-주석계를 주성분으로 하는 유전체 자기조성물에 있어서, 주 조성물이 산화납-산화칼슘-산화지르코늄-산화주석으로 구성된 금속산화물에 소결조제로 아연과 안티모니산화물이 첨가된 유전체 자기조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    주조성물은 (Pb1-xCax)(Zr1-ySny)O3로 표현되는 조성물에 소결조제로 a ZnO + b Sb2O3가 첨가된 유전체 자기조성물로서 주조성물의 몰(mol)비는 0.15 x 0.40 내지 0.15 y 0.50이고, 소결조제의 첨가량은 주조성물에 대해 0 a + b 0.05 중량%인 것을 특징으로 하는 마이크로파 유전체 자기 조성물.
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