KR20050020355A - 저온소결 저손실 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물 및그 제조방법 - Google Patents

저온소결 저손실 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물 및그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20050020355A
KR20050020355A KR1020030058246A KR20030058246A KR20050020355A KR 20050020355 A KR20050020355 A KR 20050020355A KR 1020030058246 A KR1020030058246 A KR 1020030058246A KR 20030058246 A KR20030058246 A KR 20030058246A KR 20050020355 A KR20050020355 A KR 20050020355A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ceramic composition
mixing
dielectric ceramic
microwave dielectric
composition
Prior art date
Application number
KR1020030058246A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100569112B1 (ko
Inventor
백종태
이재신
허대영
박언철
서원경
Original Assignee
(주)씨아이제이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)씨아이제이 filed Critical (주)씨아이제이
Priority to KR1020030058246A priority Critical patent/KR100569112B1/ko
Publication of KR20050020355A publication Critical patent/KR20050020355A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100569112B1 publication Critical patent/KR100569112B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/02—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances
    • H01B3/12—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/45—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on copper oxide or solid solutions thereof with other oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/453—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zinc, tin, or bismuth oxides or solid solutions thereof with other oxides, e.g. zincates, stannates or bismuthates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/495—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on vanadium, niobium, tantalum, molybdenum or tungsten oxides or solid solutions thereof with other oxides, e.g. vanadates, niobates, tantalates, molybdates or tungstates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/6261—Milling
    • C04B35/6262—Milling of calcined, sintered clinker or ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C04B35/634—Polymers
    • C04B35/63404—Polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C04B35/63416—Polyvinylalcohols [PVA]; Polyvinylacetates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Abstract

본 발명은 기존의 마이크로파 세라믹스 보다 매우 낮은 소결온도(700∼1100℃)이면서 높은 품질계수(Q×f=754∼4642 GHz)와 유전상수(27≤≤38) 및 안정된 온도계수 및 조성에 따라 다양한 온도보상 특성( = -74∼+16 ppm/℃)의 우수한 고주파 유전특성을 보이는 Bi(Nb1-6x/5/5Mox)O4 (0.1≤x≤0.5)로 표시되는 조성물과, CuO로 이루어졌으며, Ag이나 Cu 또는 이들의 합금 또는 Ag/Pd 합금을 내부전극으로 사용할 수 있어 각종 고주파용 소자 즉, 적층칩 캐패시터, 적층칩 필터, 적층칩 캐패시터/인덕터 복합소자 및 모듈, 저온소결 기판, 공진기 또는 필터 및 세라믹 안테나용 유전체 재료로 사용될 수 있는 저온소결 저손실 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다. 한편, 본 발명에 따른 저온소결 저손실 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물 및 그 제조방법은, 기존의 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물에 비하여 부피가 작고 넓은 대역폭을 가지는 안테나를 제작할 수 있게 하는 이점과, 저온소성이 가능하여 부품의 제조단가를 낮출 수 있게 하는 이점을 제공한다.

Description

저온소결 저손실 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물 및 그 제조방법{Low firing ceramic composition for microwave components and manufacture method therefor}
본 발명은 저온소결 저손실 고주파유전체 세라믹스 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 기존의 마이크로파 세라믹스 보다 매우 낮은 소결온도(700∼1100℃)이면서 높은 품질계수(Q×f=754∼4642 GHz)와 유전상수(27≤≤38) 및 안정한 온도계수 및 조성에 따라 다양한 온도보상 특성( = -74∼+16 ppm/℃)의 우수한 고주파 유전특성을 보이는 Bi(Nb1-6x/5/5Mox )O4 (0.1≤x≤0.5)로 표시되는 조성물과, CuO로 이루어졌으며, Ag이나 Cu 또는 이들의 합금 또는 Ag/Pd 합금을 내부전극으로 사용할 수 있어 각종 고주파용 소자 즉, 적층칩 캐패시터, 적층칩 필터, 적층칩 캐패시터/인덕터 복합소자 및 모듈, 저온소결 기판, 공진기 또는 필터 및 세라믹 안테나용 유전체 재료로 사용될 수 있는 저온소결 저손실 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
한편, 본 발명은 기존의 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물에 비하여 부피가 작고 넓은 대역폭을 가지는 안테나를 제작할 수 있게 하고, 저온소성이 가능하여 부품의 제조단가를 낮출 수 있게 하는 저온소결 저손실 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 이동통신 및 위성통신의 급속한 발전과 더불어 고주파 집적회로 또는 유전체 공진기의 재료로서 마이크로파 유전체 세라믹스의 수요가 크게 증가하고 있다. 고주파용으로 사용되는 유전체 세라믹스의 주요 특성으로는 높은 유전상수()와 품질계수(Q) 그리고 안정(stable)하고도 조절가능한(tunable) 공진주파수의 온도계수()가 요구된다. 지금까지 알려진 대표적인 마이크로파 유전체 조성은 (Zr,Sn)TiO4계, BaO-TiO2계, (Mg,Ca)TiO3계, Ba-페롭스카이트계로서 Ba(Zn 1/3Ta2/3)O3, Ba(Mg1/3Ta2/3)O3, Ba(Zn1/3Nb2/3)O3 등이다. 그러나 이들 조성들은 대부분 1,300∼1,500℃의 고온에서 소결 가능하거나, 상합성이 용이치 않거나, 유전상수가 낮거나 또는 공진주파수의 온도 안정성이 좋지 못하다. 더욱이 최근들어 휴대용 정보통신기기의 발달로 적층 칩형 고주파 소자(multilayer chip high frequency devices)나 저온동시소결 세라믹스(low temperature co-firing ceramics : LTCC)에 의한 각종 기판 및 복합칩 모듈(multi-chip module : MCM)의 개발에 따른 저온소결 고성능 고주파용 세라믹스의 연구 및 개발이 이루어지고 있으나, 이들 중 대부분은 저온소결시 치밀화가 불충분하거나, 소결체의 첨가에 따른 유전율의 저하, 품질계수의 저하 및 온도계수의 변화 등 고주파 특성의 성능이 매우 크게 저하되는 것이 문제점이 되고 있다. 또한 고주파 전달 손실이 적은 은(Ag)이나 동(Cu) 도체와 동시소결(cofiring)이 가능한 저온 소결용 마이크로파 유전체 세라믹은 매우 드물다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 매우 낮은 온도에서 소결이 가능하면서도 높은 유전상수와 품질계수, 안정된 온도계수 및 조성에 따라 다양한 온도보상 특성의 우수한 마이크로파 유전특성을 가지는 저온소결 저손실 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, Ag이나 Cu 또는 이들의 합금 또는 Ag/Pd 합금을 내부전극으로 사용할 수 있어 각종 고주파용 소자, 즉 적층칩 캐패시터, 적층칩 필터, 적층칩 캐패시터/인덕터 복합소자 및 저온소결 기판, 공진기 및 필터 또는 세라믹 안테나로 사용될 수 있게 하는 저온소결 저손실 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 저온소결 저손실 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물은, 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물에 있어서, 화학식 Bi(Nb1-6x/5/5Mox)O4 (0.1≤x≤0.5)로 표시되는 조성물과, CuO를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 조성물의 소결온도는 700∼1100℃ 이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물에서, 상기 CuO의 총함량은 상기 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 중량부이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 저온소결 저손실 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물의 제조방법은, 화학식 Bi(Nb1-6x/5/5Mox)O 4 (0.1≤x≤0.5)로 표시되는 조성물과, CuO를 포함하여 이루어지는 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물의 제조방법에 있어서, 상기 조성물을 구성하는 원료 분말인 Bi2O3, Nb2 O5, MoO3, CuO 분말을 각각 칭량하는 칭량단계; 상기 칭량한 원료 분말들을 1차적으로 혼합하는 1차 혼합단계; 상기 1차 혼합단계 이후에, 혼합된 혼합물을 건조하는 건조단계; 건조된 결과물을 하소시키는 하소단계; 상기 하소단계에 의해 얻어진 하소된 세라믹 조성물에 메탄올 또는 증류수를 부가하여 2차적으로 혼합하는 2차 혼합단계; 상기 2차 혼합단계에서 혼합 완료된 결과물을 건조하여 고체화시키는 건조 고체화 단계; 상기 건조 고체화 단계를 거친 결과물에 소정의 결합제를 부가 및 혼합하여 상기 결과물을 성형하는 성형단계; 상기 성형단계를 거쳐 형성된 성형물을 소결하는 소결단계; 상기 소결단계를 통해 생성된 결과물인 유전체 세라믹 조성물을 소정 형태로 연마하는 연마단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 1차 혼합단계에서, 볼밀과 같은 분쇄 수단과 혼합 분산성을 위한 지르코니아 볼을 부가하여 사용하고, 혼합물에 메탄올 또는 증류수를 부가하며, 혼합시간을 24시간 내지 48시간으로 하고, 상기 부가되는 메탄올 또는 증류수의 함량은 상기 Bi2O3, Nb2O5 , MoO3, CuO 분말로 이루어진 혼합물의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 200 내지 300 중량부로 하고; 상기 2차 혼합단계에서, 메탄올 또는 증류수의 함량은 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 200 내지 300 중량부로 하고, 2차 혼합 시간은 24 내지 48시간으로 한다.
본 발명 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 건조단계에서의 건조온도는 80∼120℃ 이고, 상기 하소단계에서의 하소온도는 650∼900℃ 이고, 상기 건조 고체화 단계의 온도는 80∼120℃ 이고, 상기 소결단계에서의 소결온도는 700∼1250℃ 이다.
본 발명 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 성형단계에서의 상기 결합제는 폴리비닐알콜 또는 폴리에틸렌글리콜이고, 상기 결합제의 함량은 건조 고체화 단계가 완료된 고형분 100 중량부를 기준으로 하여 3 내지 6 중량부이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 저온소결 저손실 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
먼저, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 조성물과, CuO로 이루어진 저온소결(700∼1100 ℃)이 가능한 마이크로파 유전체 세라믹 조성물과, 이를 이용한 적층형 유전체 부품을 제공한다.
[화학식 1]
Bi(Nb1-6x/5/5Mox)O4로 + 0.1wt.% CuO
상기 화학식 1에서, 0.1≤x≤0.5 이다.
만약 상기 화학식 1에서 x의 값이 0.1 미만이면 비스무스의 휘발로 인해 산소 공공이 생겨 P형 반도성을 나타내는 문제점이 있으며 0.5을 초과하면 비스무스 휘발에 의한 정공을 보상하고 남은 전자농도가 증가하기 때문에 유전율이 급격이 감소하는 문제점이 있다. 상기 화학식 1의 조성물은, 나이오븀(Nb)이 몰리브덴(Mo)으로 일부 치환된 구조를 가지고 있으며, 이와 같이 Nb가 Mo로 일부 치환되면 유전율과 공진주파수의 온도계수 특성이 바람직한 범위 내로 조절된다.
본 발명의 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물에서, 상기 CuO의 총함량은 상기 화학식 1로 표시되는 조성물 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 중량부로 한다.
상기 CuO의 함량이 0.1 중량부 미만인 경우에는 소결성이 나빠서 바람직하지 못하다. 반면에 0.1 중량부를 초과하는 경우에는 품질계수가 크게 향상되어 안테나 소재로는 바람직하지 못하다.
상기와 같은 화학식 1에 따른 본 발명의 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물의 일실시예에 있어서, MoO3의 함량에 따른 유전율의 변화를 도 2에, MoO3의 함량에 따른 품질계수의 변화를 도 3에, MoO3의 함량에 따른 공진주파수 온도계수의 변화를 도 4에 나타내 보였다. 본 발명에 따른 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물을 이용하여 제작한 모노폴 안테나의 일실시예를 도 5에 참고로 나타내 보였다.
이하, 도 1를 참조하여 본 발명의 마이크로파 유전체 세라믹 조성물의 제조방법을 설명한다.
먼저, 상기 화학식 1로 표시되는 조성물 형성용 출발물질인 Bi2O3, Nb2 O5, MoO3, CuO 분말을 각각 칭량하고, 이들 원료 분말들을 충분하게 혼합한다(S10)(S20). 상기 S20의 혼합 단계에서 볼밀 등과 같은 분쇄 수단을 사용한다.
볼밀을 이용한 1차 혼합 단계(S20)는, 혼합물에 메탄올을 부가하고, 혼합 분산성을 개선하기 위하여 지르코니아 볼을 부가하여 실시한다. 그리고 볼밀 내에서의 혼합시간은 24∼48시간이며 특히 24시간 정도가 바람직하다. 상기 부가되는 메탄올의 함량은 상기 Bi2O3, Nb2O5, MoO3, CuO 분말로 이루어진 혼합물의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 200∼300 중량부로 한다.
상술한 바와 같이 볼밀에서의 습식 혼합 단계(S20) 과정이 끝난 후에는, 혼합된 혼합물을 건조한다(S30). 이때 건조온도는 80∼120℃이며 100℃ 정도가 바람직하며, 건조시간은 12∼24시간이며 24시간 정도 실시하는 것이 바람직하다. 이어서, 건조된 결과물을 650∼900℃ 에서 4시간 정도 하소시킨다(S40).
상기 하소 단계(S40)에 의해 얻어진 하소된 세라믹 조성물에 메탄올 또는 증류수를 부가하고, 이를 볼밀 등과 같은 혼합 수단에 지르코니아 볼을 부가하여 2차 혼합 단계를 거친다(S50). 여기에서 메탄올의 함량은 상기 1차 습식혼합 과정과 마찬가지로 세라믹 조성물 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 200∼300 중량부인 것이 바람직하다. 그리고 상기 볼밀 내에서의 2차 혼합 시간은 24∼48시간, 특히 약 24시간인 것이 바람직하다.
상기 2차 혼합 단계(S50) 과정이 완료된 결과물을 80∼120℃ 에서 12∼24시간 동안 건조하여 고체화시킨다(S60). 이어서, 상기 결과물에 결합제를 부가 및 혼합하여, 이 결과물을 성형한다(S70). 상기 결합제는 성형시 분말들 간에 결합력을 주는 역할을 하며, 이의 구체적인 예로는 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌글리콜 등을 사용하며, 이의 함량은 건조 고체화 단계(S60)가 완료된 고형분 100 중량부를 기준으로 하여 3∼6 중량부로 한다.
상기 성형단계(S70) 과정을 거쳐 형성된 성형물을 700∼1250℃ 에서 소결한다(S80). 여기에서 소결시간은 2∼4시간, 바람직하게는 약 4시간으로 한다.
상기와 같이 제조된 유전체 세라믹 조성물을 연마한다(S90). 상기 조성물의 연마 후에, 크기를 조절하여 원하는 시료를 제작하고, 시료 평행도체판법(post resonator method)과 개방형 공동법(open cavity method)을 이용하여 유전율, 품질계수, 공진주파수 온도계수 등의 유전적 물성을 측정한다.
이하, 하기 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 보호범위가 이들 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.
[실시예]
Bi2O3, Nb2O5, MoO3, CuO 세라믹 분말(모두 CERAC사 제품, 순도 99.9%)을 사용하여 표 1과 같은 조성이 되도록 각 분말을 칭량하고, 여기에 증류수를 부가하여 볼밀을 이용하여 24시간 동안 습식 혼합하였다. 이어서 상기 혼합물을 100℃ 에서 24시간 건조시키고, 건조과정을 거친 혼합물을 650∼900℃ 에서 4시간 동안 하소하였다. 하소된 세라믹 조성물에 증류수를 부가하여 볼밀에서 다시 24시간 습식 분쇄 후 건조하고, 건조된 분말 100 중량부에 6 중량부의 결합제(PVA)를 넣어 혼합한 후 15mm 지름의 몰드에서 100MPa/cm2의 압력으로 건식가압하는 과정을 거쳐 성형하였다. 성형된 시편은 소체 내에 존재하는 유기물의 증발을 위하여 550℃ 에서 2시간 열처리한 후 적정 소결온도(700~1250℃)에서 4시간 동안 소결하였다. 소결된 시편은 TE011 모드의 공진기로 만들기 위해 직경과 높이의 비율이 2.3 : 1이 되도록 가공하였다.
상기와 같이 해서 제조된 시편의 유전율, 품질계수 및 공진주파수에서의 온도계수를 하기와 같이 측정하였고, 그 측정 결과 그래프는 도 2 내지 도 4에 나타내 보였다.
평행도체판법(Hakki-Coleman)과 개방형 공동법(open cavity)을 사용하여 네트워크 분석기를 통해 유전상수()와 품질계수(Q×f0)값을 측정하였고, 주파수의 온도계수() 값은 항온조를 이용하여 +20∼+80℃의 온도범위에서 측정하였다. 이 때 유전상수()는 하기 수학식 1을 , 품질계수(Q×f0)는 하기 수학식 2를, 주파수의 온도계수()는 하기 수학식 3을 이용하여 각각 계산하였다.
[수학식 1]
상기 식에서 f0는 공진 주파수, D는 샘플의 직경, c는 상수이다.
[수학식 2]
상기 식에서 는 대역폭(), 는 삽입 손실(insertion loss)이다.
[수학식 3]
상기 수학식 1 내지 수학식 3를 이용하여 마이크로파 세라믹 유전체 조성물의 물성을 측정한 결과를 하기의 표 1에 나타내 보였다. 표 1에서 시료번호 1∼28은 상기한 실시예에 대한 물성 측정 결과를 나타낸 것이다.
[비교예]
비교예를 위해 표의 시료번호 *1∼*7를 선택했다. 비교예의 시료에서는 MoO3를 부가하지 않은 것을 제외하고는, 상기한 본 발명의 실시예와 같은 방법으로 마이크로파 유전체 세라믹 조성물을 제조하였고, 표 1의 각 성분 함량 및 소결온도에서 마이크로파 유전체 세라믹 시편을 제조하고 유전적 물성을 측정하였다. 물성 측정 결과는 표 1의 시료번호 *1∼*7에 나타내 보였다.
상기 발명의 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물을 직접 모노폴 안테나(도 5)를 제작하여 적용시켜 보았다. 제작한 모노폴 안테나 특성을 도 6 및 도 7에 그래프로 나타내 보였다. 도 6을 참고하면 Mo의 치환량이 증가할수록 공진주파수가 증가하는 경향을 보이는 것을 확인 할 수 있다. Mo 치환의 경우 액상 형태의 이차상인 Bi2MoO6 형성으로 유전상수가 감소하였고 이로 인해 모노폴 안테나의 공진주파수는 증가하였다.
도 7은 본 발명에 의해 제작한 모노폴 안테나의 x-z, x-y면 방사패턴을 나타낸 것으로 도 7a는 x-z면의 방사패턴으로 모든 조성이 이상적인 모노폴 안테나의 방사패턴을 형성하고 있다. 그리고 전반적으로 Mo 치환으로 인한 품질계수의 향상으로 순수 BiNbO4에 비해 높은 dB값을 보이고 있음을 확인 할 수 있다.
본 발명의 유전체 조성물은 2GHz 대역에서 700MHz 이상의 우수한 주파수 대역폭을 보여주었다.
[표 1]
시료 번호 마이크로파 유전체 소재의 조성 소결온도( ) 유전율() 품질계수(Qf) f(ppm/ )
기본조성(mol비) 첨가제(중량부)
x CuO
*1 0 0.1 900 24.93 1196 -5.67
*2 0 0.1 950 27.37 1508 -9.87
*#3 0 0.1 1000 38.50 1388 -4.77
*4 0 0.1 1050 31.70 1243 -152.24
*5 0 0.1 1100 23.02 800 -107.91
*6 0 0.1 1150 23.42 883 -163.55
*7 0 0.1 1200 31.52 762 -165.28
8 0.1 0.1 900 27.54 793 -4.43
9 0.1 0.1 950 34.72 4272 -0.92
#10 0.1 0.1 1000 37.37 4642 -10.90
11 0.1 0.1 1050 33.10 1940 -74.97
12 0.1 0.1 1100 31.65 1391 -62.31
13 0.2 0.1 850 29.68 2213 -24.87
#14 0.2 0.1 900 37.93 3934 -0.30
15 0.2 0.1 950 37.22 2981 -0.07
16 0.2 0.1 1000 33.42 1653 -34.32
17 0.2 0.1 1050 27.33 754 -35.18
18 0.3 0.1 800 38.59 3610 -1.57
#19 0.3 0.1 850 37.89 3927 0.15
20 0.3 0.1 900 36.44 2889 1.43
21 0.3 0.1 950 36.34 1693 4.02
#22 0.4 0.1 800 37.05 1590 -14.60
23 0.4 0.1 850 35.90 1552 3.11
24 0.4 0.1 900 35.90 1010 -2.67
25 0.5 0.1 700 34.26 2144 16.22
#26 0.5 0.1 750 34.75 2468 -10.51
27 0.5 0.1 800 33.34 1118 -0.76
28 0.5 0.1 850 33.06 810 -10.16
* : 본 발명의 비교예로서의 시료
# : 후막 모노폴 안테나에 적용한 조성
상기 표 1로부터 알 수 있듯이, 시료번호 8∼28의 본 발명의 실시예에서는 Mo의 치환으로 인해 소결온도가 감소하며 유전체 세라믹 조성물의 공진주파수가 대부분 -75 내지 5ppm/℃ 범위 이내의 값을 나타낸다. 특히 Mo의 치환량이 증가할수록 소결온도가 낮아져 저온소결성이 우수함을 보여줌으로써 본 발명의 효과를 입증해 준다.
그러나, 시료번호 1∼7의 비교예와 같이 Mo를 치환하지 않은 경우에는 이미 공지 기술로서 널리 사용되고 있어 본 발명의 영역에는 해당하지 않는다.
결론적으로, 화학식 1로 표시되는 조성물에 Mo를 치환함으로써 낮은 온도에서 소결이 가능하면서도 높은 유전상수와 품질계수, 안정된 온도계수 및 조성에 따라 다양한 온도보상 특성의 우수한 마이크로파 유전특성을 가지는 유전체 세라믹스 조성물을 제조할 수 있었다.
한편, 도 2와 도3은 전술한 바와 같이 상기 표 1에 따른 유전체 세라믹 조성물에 있어서 소결온도에 변화에 따른 유전율 및 품질계수의 변화를 나타낸 것이다. 이를 참조하면, Mo가 치환된 경우 Mo를 치환하지 않은 경우보다 유전특성이 향상됨을 알 수 있었다. Mo의 치환량이 x=0.5인 조성에서는 극히 저온인 700℃ 에서도 우수한 유전특성을 나타내었다.
도 4는 표 1의 시료번호 1∼28에 따른 본 발명의 실시예의 유전체 세라믹 조성물에 있어서, 온도변화에 따른 공진주파수 온도계수 변화를 나타낸 것이다. 이를 참조하면, Mo의 부가량에 따라 공진주파수에서의 온도계수를 조절할 수 있어 특정 이동통신 부품에 요구되는 유전특성을 조절할 수 있음을 확인하였다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 따른 저온소결 저손실 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물 및 그 제조방법은, 기존의 마이크로파 세라믹스 보다 매우 낮은 소결온도(700∼1100℃)이면서 높은 품질계수(Q×f=754∼4642 GHz)와 유전상수(27≤≤38) 및 안정된 온도계수 및 조성에 따라 다양한 온도보상 특성( = -74∼+16 ppm/℃)의 우수한 고주파 유전특성을 보이는 Bi(Nb1-6x/5/5Mox )O4 (0.1≤x≤0.5)로 표시되는 조성물과, CuO로 이루어졌으며, Ag이나 Cu 또는 이들의 합금 또는 Ag/Pd 합금을 내부전극으로 사용할 수 있어 각종 고주파용 소자 즉, 적층칩 캐패시터, 적층칩 필터, 적층칩 캐패시터/인덕터 복합소자 및 모듈, 저온소결 기판, 공진기 또는 필터 및 세라믹 안테나용 유전체 재료로 사용될 수 있는 이점을 제공한다.
한편, 본 발명에 따른 저온소결 저손실 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물 및 그 제조방법은, 기존의 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물에 비하여 부피가 작고 넓은 대역폭을 가지는 안테나를 제작할 수 있게 하는 이점과, 저온소성이 가능하여 부품의 제조단가를 낮출 수 있게 하는 이점을 제공한다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물의 제조방법의 공정 흐름도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물에 있어서, MoO3의 함량에 따른 유전율의 변화를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물에 있어서, MoO3의 함량에 따른 품질계수의 변화를 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물에 있어서, MoO3의 함량에 따른 공진주파수 온도계수의 변화를 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물을 이용하여 제작한 모노폴 안테나의 일실시예의 도면.
도 6은 본 발명에 따른 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물을 이용하여 제작한 세라믹 모노폴 안테나의 반사손실 특성을 나타낸 그래프.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 유전체 세라믹스 조성물을 이용하여 제작한 세라믹 모노폴 안테나의 x-z, x-y면 방사패턴을 각각 나타낸 그래프.

Claims (7)

  1. 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물에 있어서,
    화학식 Bi(Nb1-6x/5/5Mox)O4 (0.1≤x≤0.5)로 표시되는 조성물과, CuO를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조성물의 소결온도는 700∼1100℃ 인 것을 특징으로 하는 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물에서, 상기 CuO의 총함량은 상기 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 중량부인 것을 특징으로 하는 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물.
  4. 화학식 Bi(Nb1-6x/5/5Mox)O4 (0.1≤x≤0.5)로 표시되는 조성물과, CuO를 포함하여 이루어지는 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물의 제조방법에 있어서,
    상기 조성물을 구성하는 원료 분말인 Bi2O3, Nb2O5, MoO 3, CuO 분말을 각각 칭량하는 칭량단계;
    상기 칭량한 원료 분말들을 혼합하는 1차 혼합단계;
    상기 1차 혼합단계 이후에, 혼합된 혼합물을 건조하는 건조단계;
    건조된 결과물을 하소시키는 하소단계;
    상기 하소단계에 의해 얻어진 하소된 세라믹 조성물에 메탄올 또는 증류수를 부가하여 혼합하는 2차 혼합단계;
    상기 2차 혼합단계에서 혼합 완료된 결과물을 건조하여 고체화시키는 건조 고체화 단계;
    상기 건조 고체화 단계를 거친 결과물에 소정의 결합제를 부가 및 혼합하여 상기 결과물을 성형하는 성형단계;
    상기 성형단계를 거쳐 형성된 성형물을 소결하는 소결단계;
    상기 소결단계를 거쳐 생성된 결과물인 유전체 세라믹 조성물을 소정 형태로 연마하는 연마단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 1차 혼합단계에서, 볼밀과 같은 분쇄 수단과 혼합 분산성을 위한 지르코니아 볼을 부가하여 사용하고, 혼합물에 메탄올 또는 증류수를 부가하며, 혼합시간을 24시간 내지 48시간으로 하고, 상기 부가되는 메탄올 또는 증류수의 함량은 상기 Bi2O3, Nb2O5, MoO3, CuO 분말로 이루어진 혼합물의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 200 내지 300중량부로 하고;
    상기 2차 혼합단계에서, 메탄올 또는 증류수의 함량은 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 200 내지 300중량부로 하고, 2차 혼합 시간은 24 내지 48시간으로 하는 것을 특징으로 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 건조단계에서의 건조온도는 80∼120℃ 이고,
    상기 하소단계에서의 하소온도는 650∼900℃ 이고,
    상기 건조 고체화 단계의 온도는 80∼120℃ 이고,
    상기 소결단계에서의 소결온도는 700∼1250℃ 인 것을 특징으로 하는 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물의 제조방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 성형단계에서의 상기 결합제는 폴리비닐알콜 또는 폴리에틸렌글리콜이고, 상기 결합제의 함량은 건조 고체화 단계가 완료된 고형분 100 중량부를 기준으로 하여 3 내지 6중량부인 것을 특징으로 하는 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물의 제조방법.
KR1020030058246A 2003-08-22 2003-08-22 저온소결 저손실 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물 및그 제조방법 KR100569112B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030058246A KR100569112B1 (ko) 2003-08-22 2003-08-22 저온소결 저손실 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물 및그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030058246A KR100569112B1 (ko) 2003-08-22 2003-08-22 저온소결 저손실 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물 및그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050020355A true KR20050020355A (ko) 2005-03-04
KR100569112B1 KR100569112B1 (ko) 2006-04-10

Family

ID=37229290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030058246A KR100569112B1 (ko) 2003-08-22 2003-08-22 저온소결 저손실 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물 및그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100569112B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100806756B1 (ko) * 2006-12-27 2008-02-27 요업기술원 저온 소결용 마이크로파 유전체 세라믹스 및 그 제조방법
CN101870584A (zh) * 2010-05-12 2010-10-27 西安交通大学 一种钼基超低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100806756B1 (ko) * 2006-12-27 2008-02-27 요업기술원 저온 소결용 마이크로파 유전체 세라믹스 및 그 제조방법
CN101870584A (zh) * 2010-05-12 2010-10-27 西安交通大学 一种钼基超低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN101870584B (zh) * 2010-05-12 2013-04-17 西安交通大学 一种钼基超低温烧结微波介质陶瓷材料的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR100569112B1 (ko) 2006-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100426219B1 (ko) 유전체 세라믹 조성물 및 이를 이용한 적층부품의 제조방법
CN103496959A (zh) 可低温烧结的微波介电陶瓷Li2Ca2Si2O7及其制备方法
CN103880422A (zh) 超低温烧结的微波介电陶瓷Li3Nb3B2O12及其制备方法
CN103539452A (zh) 可低温烧结的微波介电陶瓷Li2BiNb3O10及其制备方法
CN103922723A (zh) 超低温烧结的微波介电陶瓷Li3V3Bi2O12及其制备方法
CN103922737A (zh) 可低温烧结的微波介电陶瓷Li3Nb3Si2O13及其制备方法
CN103553608A (zh) 可低温烧结的微波介电陶瓷LiSmNb2O7及其制备方法
US6316376B1 (en) Dielectric ceramic compositions and method of preparation therefor
KR100569112B1 (ko) 저온소결 저손실 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물 및그 제조방법
KR100592585B1 (ko) 온도특성 제어가 가능한 저온소성용 고유전율 세라믹 조성물
KR100597218B1 (ko) 저온 소결용 마이크로파 유전체 세라믹 조성물 및 그제조방법
CN103496972B (zh) 超低温烧结温度稳定型微波介电陶瓷Ca5Bi14O26及其制备方法
CN103539445B (zh) 可低温烧结的微波介电陶瓷Zn2V3Bi3O14及其制备方法
CN103539451A (zh) 可低温烧结的微波介电陶瓷Li2WNb12O34及其制备方法
CN103896573A (zh) 可低温烧结的温度稳定型微波介电陶瓷LiPO3及其制备方法
CN103496987A (zh) 可低温烧结的微波介电陶瓷Li2Nb2WO9及其制备方法
CN103435348B (zh) 可低温烧结的微波介电陶瓷Sr8CuW3O18及其制备方法
CN103496742B (zh) 可低温烧结的微波介电陶瓷Ca3Bi4V2O14及其制备方法
KR100776544B1 (ko) 마이크로파 유전체 세라믹스 및 그 제조방법
KR100763284B1 (ko) 마이크로파 유전체 세라믹스 및 그 제조방법
KR100474216B1 (ko) 고주파용 유전체 조성물 및 그 제조방법
KR100489885B1 (ko) 마이크로파 유전체 세라믹 조성물 및 그의 제조방법
KR100261549B1 (ko) 마이크로파용 저온소결형 유전체 조성물 및 이의 제조방법
KR100607900B1 (ko) 저온 소결용 마이크로파 유전체 세라믹스 및 그 제조방법
KR0134532B1 (ko) 고주파용 유전체 자기조성물 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee