KR19990085306A

KR19990085306A - 유전체 공진기의 제조방법

Info

Publication number: KR19990085306A
Application number: KR1019980017645A
Authority: KR
Inventors: 최영식; 김치성
Original assignee: 이형도; 삼성전기 주식회사
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 1999-12-06

Abstract

본 발명은 유전체 공진기의 제조방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 유전체 공진기의 전극형성시 열처리를 적절히 제어함으로써, 안정한 도금전극 부착강도 및 높은 Q값을 얻을 수 있으며, 또한 열처리시간을 단축시킬 수 있는 유전체 공진기의 제조방법을 제공하고자 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유전체 공진기를 제조하는 방법에 있어서, 유전체 세라믹의 표면을 에칭하는 단계; 상기 에칭후, 무전해 도금을 행하여 예비도금층을 형성하는 단계; 상기 무전해 도금층 형성후, 300-1000℃의 온도범위에서 제1 고온열처리를 행하는 단계; 상기 제1 고온열처리을 행한 후, 전해 또는 무전해도금을 행하여 도금층을 형성하는 단계; 상기 도금층 형성후, 100-300℃의 온도범위에서 저온열처리를 행하는 단계; 및 상기 저온열처리를 행한 후, 300-1000℃의 온도범위에서 제2 고온열처리를 행하는 단계;를 포함하는 유전체공진기의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

유전체 공진기의 제조방법

본 발명은 저주파뿐만이 아니라 PCS, 휴대폰, 900MHz대의 무선전화기 등의 고주파용으로도 사용가능한 유전체공진기의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유전체에 형성되는 전극의 부착강도가 안정하고, 열처리시간을 단축시킬 수 있는 유전체공진기의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 고주파용 유전체 공진기는 먼저 유전체 세라믹용 재료를 임의 치수형상으로 성형가공하고, 이것을 고온소결하여 본체를 만들며, 다음으로, 관통구멍의 내주면과 본체 표면의 전체면 또는 일부분을 남기고 선택적으로 은페이스트를 도포하고, 600-800℃의 고온에서 소성하여 전극을 형성한다.

그러나, 이같이 은페이스트로 전극을 구성한 경우는 사용하는 전극재료가 귀금속이기 때문에 고가로 되고, 또한 은페이스트를 본체의 관통구멍 내주면에 균일하게 도포하는 작업이 극히 복잡하여 양산성이 결여된다는 문제점을 안고 있다.

따라서, 요즘에는 유전체 공진기의 저가격화, 고성능화를 지향하기 방안으로 전극형성방법에 대한 연구가 활발히 진행되어, 전극형성방법으로 여러 가지 방법이 제안되어 있다. 예를 들면, BaO-Nd₂O₃-TiO₂계 유전체세라믹의 경우 세라믹상에 직접 무전해도금법 혹은 무전해/전해도금법에 의해 전극을 형성하는 것이다.

상기 무전해도금법에 의한 전극형성은 도 1 (a)와 같은 공정에 의하는 것으로 예를 들면, 일본 특허 소54-108544호에서는 BaO-Nd₂O₃-TiO₂계 유전체 세라믹에 무전해 도금을 행하여 구리피막을 전극으로서 형성하는 것이 제안되어 있고, 또한, 일본 특허 소58-166806호에서는 고주파용 유전체 세라믹상에 무전해동도금에 의해 동피막을 형성하고, 이 동피막을 불활성분위기, 300-900℃에서 열처리를 행하는 것이 제안되어 있다.

그러나, 이같은 무전해도금법에 의해 구리피막을 전극으로 형성하였을 경우에는 본체, 특히 외주면에 소위 도금부풀림이 많이 발생하는데, 이 도금부풀림 발생의 가장 큰 이유는 본체의 소지와 구리피막의 밀착강도가 약하기 때문이다

그래서, 상기 문제점을 해결하기 위해 일본 특허 소61-121501호에서는 도 1(b)와 같이 고주파용 유전체 세라믹상에 0.2-0.5μm의 제1 동피막을 무전해도금에 의해 형성한 후 , 스킨 딥스(skin depth)의 2배이상의 두께인 제2 동피막을 전해도금에 의해 형성하고, 환원성분위기·120-300℃에서 저온열처리를 행한 후, 약산화성분위·700-1080℃에서 고온열처리를 행한다.

즉, 상기 소61-121501호에서는 본체 소지의 표면을 탈지 및 불산을 함유한 혼산 등에 의해 조면화한 후에 무전해도금과 전해도금에 의해 형성된 구리파막을 환원성 분위기중과 약산화성분위기중에서 열처리하는 것에 의해, 상기 도금부풀림을 원인인 구리피막의 밀착강도를 높이고자 하였다.

그러나, 도금후 열처리를 행하는 이 방법에서는 롯트(lot)간 또는 동일 롯트내에서도 공진기 간의 에칭 및 도금상태가 달라서, 안정한 도금전극 부착강도를 얻기 어렵고, 저온(상온∼200℃)에서 열처리시간을 48시간이상으로 장시간 행하지 않으면 도금부풀림 등의 불량이 발생한다. 또한, 이 방법으로는 BaO-Nd₂O₃-TiO₂계 유전체 세라믹에 대해서만 도금법에 의한 전극형성이 가능하고, 1.5GHz이상의 공진주파수에서 사용되는 Ba₂Ti₉O₂0계 등의 유전체 세라믹에 대해서는 부착강도가 낮아 도금법에 의한 전극형성이 실현되지 못하고 있다. 이는 부착강도를 높이기 위해서는 표면에 요철을 심하게 주어야 하기 때문이며, 이로인해 Q값(성능지수)이 과도하게 저하되는 문제가 있다.

이에 본 발명자들은 상기 무전해/전해도금에 의해 유전체 세라믹상에 전극을 형성함에 있어 상기 문제점을 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 유전체 공진기의 전극형성시 열처리를 적절히 제어함으로써, 안정한 도금전극 부착강도 및 높은 Q값을 얻을 수 있으며, 또한 열처리시간을 단축시킬 수 있는 유전체 공진기의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1 (a)(b)은 종래방법에 의한 유전체 공진기의 전극형성 공정도

도 2는 본 발명에 의한 유전체 공진기의 전극형성 공정도

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유전체 공진기를 제조하는 방법에 있어서,

유전체 세라믹의 표면을 에칭하는 단계; 상기 에칭후, 무전해 도금을 행하여 예비도금층을 형성하는 단계; 상기 무전해 도금층 형성후, 300-1000℃의 온도범위에서 제1 고온열처리를 행하는 단계; 상기 제1 고온열처리을 행한 후, 전해 또는 무전해도금을 행하여 도금층을 형성하는 단계; 상기 도금층 형성후, 100-300℃의 온도범위에서 저온열처리를 행하는 단계; 및 상기 저온열처리를 행한 후, 300-1000℃의 온도범위에서 제2 고온열처리를 행하는 단계;를 포함하는 유전체공진기의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 유전체공진기를 제조하는 방법에 관한 것으로써, 도 2와 같은 순서로 도금공정 및 열처리공정을 거쳐 전극을 형성하여 유전체 공진기를 제조하는 것이다. 다음에서는 본 발명을 단계별로 구분하여 상세히 설명한다.

본 발명에서는 유전체 세라믹의 표면을 에칭하는 과정을 거친다.

일반적으로 세라믹표면에 도금처리를 행하는 경우, 도금막의 부착강도는 앵커효과에 의존하는데, 앵커효과란 세라믹표면에 있는 요철에 금속을 도금시키면 도금막의 부착강도가 향상되는 것을 말한다. 이 앵커효과의 관점에서 볼 때, 유전체공진기에 있어서 에칭에 의해 유전체세라믹 표면에 균일한 미세요철을 지닌 세라믹표면을 얻는 것이 안정한 부착강도의 도금전극을 얻기위해 중요하다.

본 발명에서와 같이 무전해동도금을 유전체 세라믹 표면에 행하는 경우에 있어서도, 에칭에 의한 유전체세라믹 표면의 요철에 의해 도금전극의 부착강도가 변화하고, 이에 수반하여 Q값이 변화한다. 본 발명에서는 후술되는 공정에 의해 부착강도를 높게 유지할 수 있기 때문에 에칭을 심하게 행하지 않아도 되는 장점도 가지고 있다. 상기 에칭은 통상적인 방법에 의해 행할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 에칭후, 무전해 도금을 행하여 예비도금층을 형성하는 과정을 거친다.

일반적으로 유전체공진기의 피막(전극)의 두께는 최소 5μm정도, 최대 15μm정도가 바람직하며 10μm정도의 두께가 적당하다. 이때, 무전해도금만으로 전극을 형성하는 경우에는 필요한 두께를 전부 형성하지만, 본 발명에서와 같이 무전해도금으로 예비도금층을 형성하고 다음에 전해 또는 무전해도금법으로 완전한 전극층을 형성하는 경우에는 0.2-1.0μm정도의 두께만을 무전해도금으로 먼저 형성하는 것이 바람직하다.

환언하면, 무전해도금은 균일한 두께의 도금층을 얻을 수 있는 장점이 있는 반면에, 도금 석출속도가 작고, 도금조직이 치밀하지 않으며, 도금액의 유지·관리가 어렵고 도금액이 비싸다는 단점이 있기 때문에, 얇은 두께의 예비도금층만을 먼저형성시키는 것이다.

또한, 본 발명에서는 상기 무전해 도금층 형성후, 300-1000℃의 온도범위에서 제1 고온열처리를 행하는 과정을 거친다.

무전해도금에 의해 예비도금층을 형성한 후, 300-1000℃의 고온에서 열처리하여 유전체세라믹과 도금피막간 계면에서 수분 및 결함을 제거한다. 이때 분위기는 불활성분위기에서 열처리하는 것이 바람직하다.

이러한 고온열처리를 행하더라도 상기 얻어진 무전해도금층(예비도금층)은 조직이 치밀하지 않고, 두께가 얇아 급격한 열처리온도 상승에도 도금부풀림 불량이 전혀 발생하지 않게 된다. 이로인해, 후술한 전해 또는 무전해도금에 의한 도금층 형성후의 열처리시에도 도금부풀림 발생을 억제할 수 있고, 저온열처리 시간도 대폭적으로 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에서는 전해 또는 무전해도금을 행하여 도금층을 형성하는 과정을 거친다.

전해 또는 무전해도금으로써 필요한 전극두께의 도금층을 얻어 유전체 공진기의 전극으로 하는 것이다. 특히, 전해도금에 의해 도금층을 형성하는 경우는 무전해도금만으로 도금층을 형성할 때 발생되는 문제점인 낮은 도금석출속도, 도금조직의 성김, 어려운 도금액 유지·관리 등을 해결할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에서는 상기 도금층형성후, 100-300℃의 온도범위에서 저온열처리를 행하는 과정을 거친다.

일반적으로 유전체세라믹과 도금피막은 반데르발스힘에 의해 결합되어 있기 때문에 부착강도가 낮으며, 이 부착강도를 증가시키기 위해 에칭으로 세라믹표면에 미세한 요철을 형성시킨다. 도금중 상기 미세요철에 트랩된 수분 및 결함에 의해 급격한 열처리온도 상승은 도금부풀림을 발생시키게 된다. 따라서, 종래에는 100-300℃의 범위에서 48시간이상 저온열처리를 행하여 유전체세라믹과 도금피막간 계면의 수분 및 결함을 대부분 제거시켜야만 했다. 그러나, 본 발명에서는 무전해 도금후, 제1고온열처리에 의해 계면의 수분 및 결함을 대부분 제거한 상태이므로 저온열처리시간을 24시간 이내로 줄이더라도 후술되는 제2 고온열처리시 도금부풀림 불량이 발생하지 않는다.

또한, 본 발명에서는 300-1000℃의 온도범위에서 제2 고온열처리를 행하는 과정을 거친다.

상기 제2 고온열처리는 종래 행해지던 고온열처리와 마찬가지로 300-1000℃정도에서 행하는 것이 좋다. 또한, 상기 제2 고온열처리는 불활성 분위기 또는 약산화성분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다.

이러한 제2 고온열처리를 행하므로써, 유전체세라믹과 도금피막간 계면에서 구리의 천이산화층을 형성시켜, 거의 물리적 힘으로 결합된 피막을 화학적으로 결합시키게 되어 부착강도가 비약적으로 증가한다.

한편, 본 발명에 있어 상기 무전해도금 또는 전해도금의 도금원으로서는 예를들면, Cu, Ag 또는 이들 Cu, Ag를 함께 적용할 수 있으며, 다만 여기에 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명에서 상기 유전체세라믹으로서는 예를들면, BaO-Nd₂O₃-TiO₂계, MgTiO₃-CaTiO₃계, Ba(Mg,Ta)O₃계, B(Zn,Ta)O₃계, Ba₂Ti₉O₂계, (Zr,Sn)TiO₄계 등을 적용할 수 있으며, 다만 여기에 한정되는 것은 아니다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예 1

BaO-Nd₂O₃-TiO₂계 유전체 세라믹을 이용하여 성형하고, 하기 표1과 같은 공정조건으로 3×3 공진기를 형성하였다. 얻어진 유전체 공진기의 Q값을 측정하여 그 평균값을 하기 표1에 나타내었으며, 버블발생의 발생빈도를 계산하여 그 값을 하기 표1에 나타내었다.

	에칭시간(분)	무전해도금	제1고온열처리	전해도금	저온열처리	제2고온열처리	Q값	평균버블발생율(%)
종래예1	10	Cu,45℃,20분	-	Cu,120분	120℃,24시간+180℃,24시간	880℃,10분	260이상	12
발명예1	10	Cu,45℃,20분	300℃,1시간	Cu,120분	240℃,24시간	880℃,10분	280이상	5
발명예2	10	Cu,45℃,20분	600℃,30분	Cu,120분	240℃,24시간	880℃,10분	290이상	2
발명예3	10	Cu,45℃,20분	880℃,10분	Cu,120분	240℃,24시간	880℃,10분	290이상	0

상기 표1에서 알 수 있는 바와같이, 전해도금전에 제1고온열처리를 행한 발명예(1-3)은 제1고온열처리를 행하지 않은 종래예 1과 비교하면, 저온열처리시간을 짧게 행했음에도 불구하고, Q값이 높고 버블발생율이 현저하게 적었다.

실시예 2

Ba₂Ti₉O₂₀계 및 MgTiO₃-CaTiO₃계 유전체 세라믹을 이용하여 성형하고, 하기 표2와 같은 공정조건으로 3×3 공진기를 형성하였다. 이때, 하기 표1에서 종래예 a 및 발명예 a는 Ba₂Ti₉O₂₀계 유전체 세라믹을, 발명예 b는 MgTiO₃-CaTiO₃계 유전체 세라믹을 이용하였다.

얻어진 유전체 공진기들의 Q값을 측정하여 그 평균값을 하기 표2에 나타내었으며, 버블발생의 발생빈도를 계산하여 그 값을 하기 표2에 나타내었다.

	에칭시간(분)	무전해도금	제1고온열처리	전해도금	저온열처리	제2고온열처리	Q값	평균버블발생율(%)
종래예a	20	Cu,45℃,20분	-	Cu,120분	120℃,48시간+180℃,48시간+240℃,24시간	880℃,10분	200이상	62
발명예a	20	Cu,45℃,20분	880℃,10분	Cu,120분	120℃,48시간+180℃,48시간+240℃,24시간	880℃,10분	300이상	0
발명예b	20	Cu,45℃,20분	880℃,10분	Cu,120분	120℃,48시간+180℃,48시간+240℃,24시간	880℃,10분	300이상	0

상기 표2에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명의 조건인 제1고온열처리를 행한 발명예(a-b)는 종래예 a에 비하여 우수한 Q값을 보였을 뿐만아니라, 버블발생이 전혀 관찰되지 않았다.

상술한 바와같은 본 발명에 의하면, 유전체 공진기의 전극형성시 열처리를 적절히 제어함으로써, 전극형성시 저온열처리 시간을 대폭적으로 줄일 수 있을 뿐만아니라, 높은 Q값 및 높은 부착강도를 갖는 유전체공진기를 안정적으로 제조할 수 있는 효과가 제공된다.

Claims

유전체 공진기를 제조하는 방법에 있어서,

유전체 세라믹의 표면을 에칭하는 단계;

상기 에칭후, 무전해 도금을 행하여 예비도금층을 형성하는 단계;

상기 무전해 도금층 형성후, 300-1000℃의 온도범위에서 제1 고온열처리를 행하는 단계;

상기 제1 고온열처리를 행한 후, 전해 또는 무전해도금을 행하여 도금층을 형성하는 단계;

상기 도금층 형성후, 100-300℃의 온도범위에서 저온열처리를 행하는 단계; 및

상기 저온열처리를 행한 후, 300-1000℃의 온도범위에서 제2 고온열처리를 행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체공진기의 제조방법
제 1 항에 있어서,

상기 유전체 세라믹은 BaO-Nd₂O₃-TiO₂계, MgTiO₃-CaTiO₃계, Ba(Mg,Ta)O₃계, B(Zn,Ta)O₃계, Ba₂Ti₉O₂계, (Zr,Sn)TiO₄계 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 유전체공진기의 제조방법
제 1 항에 있어서,

상기 예비도금층은 0.2-1.0μm의 두께로 형성하는 것임을 특징으로 하는 유전체공진기의 제조방법
제 1 항에 있어서,

상기 제1 고온열처리는 불활성분위기에서 행함을 특징으로 하는 유전체공진기의 제조방법
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 도금층은 상기 예비도금층의 두께와 더하여 5-15μm가 되도록 형성함을 특징으로 하는 유전체공진기의 제조방법
제 1 항에 있어서,

상기 제2 고온열처리는 불활성 분위기 또는 약산화성 분위기에서 행함을 특징으로 하는 유전체공진기의 제조방법