KR20230072621A - Dielectric ceramics composition for high frequency device, method of controlling microwave properties of the same, ceramic substrate thereby and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조성식 (Na1 - xKx)2MoO4 (이때, 상기 x는 0보다 크고 0.2 몰 이하의 범위이다)의 조성을 갖고, 대략 650℃ 이하의 초저온에서 Au, Ag, Cu, Al 등을 포함한 일반 금속소재 전극패턴과 동시소성이 가능하면서도, 양호한 유전율(εr) 및 유전손실(tanδ)과 특히 우수한 공진주파수 온도계수(τf)의 마이크로파 유전특성을 갖는 한편, 우수한 열전도율(κ) 특성 또한 갖는, 이른바 초저온 동시소성 세라믹스(ulra-low temperature co-fired ceramics: uLTCC) 조성의 고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물을 개시한다. 이러한 본 발명 세라믹스 조성물은 대략 650℃ 이하의 초저온에서 Au, Ag, Cu, Al 등을 포함한 일반 금속소재 전극패턴과 동시소성이 가능하여 고주파 소자용 기판으로서의 적용이 유망하다.The present invention has a composition of the composition formula (Na 1 - x K x ) 2 MoO 4 (wherein, the x is greater than 0 and is in the range of 0.2 mole or less), Au, Ag, Cu, Al, etc. While co-firing with general metal material electrode patterns including, having good permittivity (ε r ) and dielectric loss (tan δ) and particularly excellent microwave dielectric properties of resonant frequency temperature coefficient (τ f ), excellent thermal conductivity (κ) Disclosed is a dielectric ceramic composition for a high-frequency device having so-called ultra-low temperature co-fired ceramics (uLTCC) composition, which also has properties. The ceramic composition of the present invention can be co-firing with general metal material electrode patterns including Au, Ag, Cu, Al, etc. at a very low temperature of about 650 ° C or less, and is promising for application as a substrate for a high-frequency device.

Description

고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물 및 이의 마이크로파 유전특성의 제어방법, 그리고 그에 의한 세라믹 기판 및 이의 제조방법 {DIELECTRIC CERAMICS COMPOSITION FOR HIGH FREQUENCY DEVICE, METHOD OF CONTROLLING MICROWAVE PROPERTIES OF THE SAME, CERAMIC SUBSTRATE THEREBY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Dielectric ceramic composition for high-frequency elements, method for controlling microwave dielectric properties thereof, and ceramic substrate using the same, and method for manufacturing the same

본 발명은 고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물에 관한 것으로, 특히 대략 650℃ 이하의 초저온에서 Al 등 낮은 융점의 금속소재 전극과의 동시소성이 가능하여 고주파 소자의 적층화를 가능하게 하면서도, 마이크로파 주파수대에서 양호한 유전율(εr) 및 유전손실(tanδ), 그리고 특히 무엇보다도 크게 안정된 공진 주파수 온도계수(τf)와 우수한 열전도도(κ)의 우수한 마이크로파 유전특성을 갖는, 고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a dielectric ceramic composition for high-frequency elements, in particular, at a very low temperature of about 650 ° C. or less, co-firing with metal electrodes of a low melting point such as Al is possible, enabling lamination of high-frequency elements, while having good properties in the microwave frequency band. The present invention relates to a dielectric ceramic composition for high-frequency devices, which has excellent microwave dielectric properties such as permittivity (ε r ) and dielectric loss (tan δ), and, above all, highly stable resonant frequency temperature coefficient (τ f ) and excellent thermal conductivity (κ). .

또한, 본 발명은 상기 고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물의 공진 주파수 온도계수(τf) 및 열전도도(κ)를 포함한 마이크로파 유전특성을 제어하는 방법에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to a method for controlling microwave dielectric characteristics including a resonant frequency temperature coefficient (τ f ) and thermal conductivity (κ) of the dielectric ceramic composition for a high frequency element.

또한, 본 발명은 상기 고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물에 의한 세라믹 기판과 이의 제조방법에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to a ceramic substrate using the dielectric ceramic composition for a high-frequency device and a method for manufacturing the same.

최근 이동통신통신기기의 핵심부품인 마이크로파 필터, 듀플렉서, 공진기, 고주파 집적회로기판 등 고주파 소자의 표면 실장화를 실현할 수 있는 적층화 기술의 요구가 증가하고 있다.Recently, there is an increasing demand for layering technology capable of realizing surface mounting of high-frequency elements such as microwave filters, duplexers, resonators, and high-frequency integrated circuit boards, which are core parts of mobile communication devices.

일반적으로 이들 고주파 소자는 유전체 세라믹스 기판 위에 마이크로파 전송선으로 구성된 고주파 고집적 회로가 인쇄된 구조로 구성된다. 따라서, 고주파 소자의 전기적 특성은 상기 기판을 이루는 유전체 세라믹스 자체의 마이크로파 유전특성에 의해 주로 좌우된다. 이러한 유전체 세라믹스의 마이크로파 유전특성은 일반적으로 다음 (i)~(iii)의 조건이 충족되어야 한다:In general, these high-frequency devices have a structure in which a high-frequency integrated circuit composed of microwave transmission lines is printed on a dielectric ceramic substrate. Therefore, the electrical characteristics of the high-frequency device are mainly influenced by the microwave dielectric characteristics of the dielectric ceramic itself constituting the substrate. The microwave dielectric properties of these dielectric ceramics generally require the following conditions (i) to (iii) to be satisfied:

(i) 먼저, 상기 고주파 회로의 전송속도를 높이기 위해서 유전체 세라믹스의 유전율(εr)은 작음이 요구된다.(i) First, in order to increase the transmission speed of the high-frequency circuit, the dielectric constant (ε r ) of dielectric ceramics is required to be small.

(ii) 한편, 상기 고주파 회로의 고효율의 동작을 위해서는 작동 주파수대에서 유전체 세라믹스의 유전손실이 작아 품질계수(quality factor: Q)의 값이 커야 하고, 다시 말해 이의 역수인 유전손실(tanδ) 값이 작아야 한다. 통상적으로 이러한 품질계수는 이의 값과 해당 공진 주파수(f)의 곱인 Q×f의 값으로서 그 우열이 평가되거나 또는 상기 품질계수의 역수인 유전손실 값으로 평가된다.(ii) On the other hand, for the high-efficiency operation of the high-frequency circuit, the dielectric loss of the dielectric ceramics is small in the operating frequency band, so the value of the quality factor (Q) must be high, in other words, the value of the dielectric loss (tanδ), which is its reciprocal It should be small. Usually, the quality factor is evaluated as a value of Q×f, which is a product of this value and the corresponding resonance frequency (f), or evaluated as a dielectric loss value that is the reciprocal of the quality factor.

(iii) 마지막으로, 상기 고주파 회로의 정밀하고 안정된 동작을 위해서는 공진 주파수의 온도계수(Temperature Coefficient Factor: τf)가 가능한 작은 값이 요구된다. 일반적으로 통상의 안테나 공진기 또는 필터로의 적용시 요구되는 상기 온도계수(τf)의 허용범위는 대략 ±10ppm/℃ 이내이다.(iii) Lastly, for precise and stable operation of the high frequency circuit, a temperature coefficient of resonance frequency (T Coefficient: τ f ) is required to be as small as possible. In general, the allowable range of the temperature coefficient (τ f ) required when applied to a typical antenna resonator or filter is within approximately ±10 ppm/°C.

한편, 고주파 소자의 적층화는 유전체 세라믹스의 그린시트 상에 Au, Ag, Cu, Al 등 일반 금속소재의 전극 패턴을 인쇄하여 적층한 후 이들 전극 패턴과 함께 동시소성함으로써 이루어진다.On the other hand, lamination of high-frequency devices is achieved by printing and stacking electrode patterns of general metal materials such as Au, Ag, Cu, and Al on a green sheet of dielectric ceramics, and co-firing together with these electrode patterns.

이러한 동시소성을 위해서는, 상기 전극 패턴이 상기 Au, Ag, Cu의 금속소재인 경우, 이의 낮은 융점을 고려하여 대략 850~1000℃ 범위의 온도에서 소결 가능한 이른바 저온 동시소성 세라믹스(low temperature co-fired ceramics: "LTCC")가 사용되어야 한다.For this co-firing, when the electrode pattern is a metal material of Au, Ag, or Cu, so-called low-temperature co-fired ceramics that can be sintered at a temperature in the range of about 850 to 1000 ° C. ceramics: "LTCC") must be used.

특히, 더 나아가 상기 전극 패턴으로서 상기 Au, Ag, Cu 금속소재들보다 더 저렴하여 유리하지만 대신에 상대적으로 한층 더 낮은 융점을 가져 까다로운 Al 금속소재를 사용하기 위해서는, 이러한 Al 전극과의 동시소성을 위하여 보다 더 낮은 대략 650℃ 이하의 온도에서도 소결 가능한 이른바 초저온 동시소성 세라믹스(ulra-low temperature co-fired ceramics: "uLTCC")가 사용되어야 한다.In particular, as the electrode pattern, in order to use an Al metal material that is advantageous because it is cheaper than the Au, Ag, and Cu metal materials but has a relatively lower melting point instead, co-firing with such an Al electrode is required. For this purpose, so-called ultra-low temperature co-fired ceramics (“uLTCC”), which can be sintered at a lower temperature of about 650° C. or lower, must be used.

이러한 동시소성 공정은, 세라믹 기판을 먼저 소성한 후 이에 각 전극을 인쇄하고 다시 추가로 열처리하는 방식의 종래 하이브리드 집적회로 공정에 비하여, 전극이 인쇄된 세라믹 그린시트를 한번에 열처리하는 것이므로, 높은 공정수율 및 높은 소자 집적도와 용이한 제조방법이 장점이며, 특히 종래 마이크론 사이즈의 금속소재 전극분말을 나노 사이즈화한 나노금속 전극 페이스트를 적용할 수 있어 매우 유리하다.Compared to the conventional hybrid integrated circuit process in which a ceramic substrate is first fired, then each electrode is printed, and then additionally heat-treated, the ceramic green sheet on which the electrode is printed is heat-treated at once, so the process yield is high. And high element integration and easy manufacturing method are advantages, and in particular, it is very advantageous to apply a nano-metal electrode paste obtained by converting a conventional micron-sized metal material electrode powder into a nano-size.

이러한 LTCC 고주파 소자용 유전체 세라믹스에 관한 종래기술로서, 유전체 기판 소재에 폴리머 구체(sphere), 카본 분말 또는 섬유, 그래파이트 분말 등을 첨가하고 성형 및 열처리하여 이들 유기물질을 소산함으로써 일련의 미세 다공질 구조를 형성하여 내부에 수용된 공기(유전율이 1)로 인해 유전율을 약 5.6으로 낮추는 방법이 제시된바 있다(하기 "선행기술문헌" 1). 그러나, 이 경우 상기 그래파이트의 함유로 인해 유전체 기판 표면의 조도가 거칠어지고 개기공(open pore)이 존재하여 불규칙한 채널이 형성되므로 오히려 유전손실이 커지고 Q×f값이 열악하다.As a prior art related to dielectric ceramics for LTCC high-frequency devices, a series of microporous structures are formed by adding polymer spheres, carbon powder or fiber, graphite powder, etc. to a dielectric substrate material and dissipating these organic materials by molding and heat treatment. A method of lowering the dielectric constant to about 5.6 due to air (permittivity of 1) accommodated therein has been proposed (hereinafter "Prior Art Document" 1). However, in this case, the roughness of the surface of the dielectric substrate becomes rough due to the inclusion of the graphite, and irregular channels are formed due to the presence of open pores, so the dielectric loss is rather large and the Q×f value is poor.

다른 종래기술로서는, 알루미나 또는 멀라이트를 포함한 글라스-세라믹 LTCC에 중공형 또는 다공질의 실리카 글라스 구체를 첨가하되 이 실리카 구체를 세라믹 소재로 코팅하며, 이로써 상기 실리카 구체의 재결정화와 그에 따른 글라스 세라믹층의 급속한 열팽창을 감소시켜 공진주파수 온도계수(τf)를 개선하는 방법이 제시되었다(하기 "선행기술문헌" 2). 그러나, 이 경우 기판의 연마시 기판 표면에 기공이 노출되어 표면 거칠기가 커지므로, 이를 방지하도록 연마된 기판의 표면을 다공질 소재를 포함하지 않는 글라스 세라믹층으로 다시 코팅해야 하는 부가의 공정이 요구되어 매우 비효율적이고 제조단가가 상승한다.As another prior art, hollow or porous silica glass spheres are added to a glass-ceramic LTCC containing alumina or mullite, but the silica spheres are coated with a ceramic material, thereby recrystallizing the silica spheres and the resulting glass ceramic layer A method of improving the resonant frequency temperature coefficient (τ f ) by reducing the rapid thermal expansion of has been proposed ("Prior Art Document" 2 below). However, in this case, pores are exposed on the surface of the substrate during polishing of the substrate, resulting in increased surface roughness. To prevent this, an additional process of re-coating the surface of the polished substrate with a glass ceramic layer not containing a porous material is required. It is very inefficient and increases the manufacturing cost.

또 다른 종래기술로서, LTCC 기판의 표면 일부를 화학적 에칭으로 다공질화하는 기술이 제시되었다(하기 "선행기술문헌" 3). 그러나, 이 방법 역시 표면이 거칠어지고, 에칭의 깊이가 클 경우 구조적으로 취약할 뿐 아니라, 기판상에 전도층을 형성할 경우 개기공에 의해 전기적 절연성이 취약해지고 유전층의 유전율(εr)이 당초 설계대로 구현되지않는 등으로 인해 실제 회로기판으로서 적용이 어렵다.As another prior art, a technique of making a part of the surface of an LTCC substrate porous by chemical etching has been proposed ("Prior Art Document" 3 below). However, this method is also structurally weak when the surface is rough and the etching depth is large, and when the conductive layer is formed on the substrate, the electrical insulation is weakened due to open pores, and the dielectric constant (ε r ) of the dielectric layer is initially It is difficult to apply it as an actual circuit board because it is not implemented as designed.

또 다른 종래기술로서, LTCC 기판상에 저유전율의 폴리머, 예컨대 폴리이미드/글라스 버블 층을 코팅한 하이브리드 구조의 기판을 제조하여 겉보기 유전율(εr)을 약 6.6까지 낮추는 기술이 제시된 바도 있다(하기 "선행기술문헌" 4). 그런데, 이는 기 소결한 LTCC 기판의 내부에 어떠한 전극 회로층도 없는 더미 층이면 아무런 문제가 없으나, 기판 내부에 전극 회로층을 포함한 인터커넥터가 있는 구조에 적용될 경우에는 LTCC 층에 부가하는 폴리머 층과의 전기 접점 형성이 어렵고 또한 이를 해소하기 위해서는 부가적인 공정을 필요로 한다.As another prior art, a technique of lowering the apparent dielectric constant (ε r ) to about 6.6 has been proposed by manufacturing a substrate of a hybrid structure in which a low dielectric constant polymer, for example, polyimide/glass bubble layer is coated on an LTCC substrate (see below). "Prior Art Literature" 4). By the way, there is no problem if this is a dummy layer without any electrode circuit layer inside the previously sintered LTCC substrate, but when applied to a structure with an interconnector including an electrode circuit layer inside the substrate, the polymer layer added to the LTCC layer and It is difficult to form an electrical contact and an additional process is required to solve it.

위와 같이 저온 동시소성 세라믹스(LTCC)에 관해 제시된 종래기술들은 아직 효과적인 실용화가 어려운 실정이고, 나아가 상기 LTCC보다도 더 저온의 동시소성이 요구되는 동시소성 세라믹스(uLTCC)에 관해 제시된 기술은 아예 거의 전무한 실정이다.As described above, the conventional technologies proposed for low-temperature co-fired ceramics (LTCC) are still difficult to effectively put to practical use, and furthermore, the technology proposed for co-fired ceramics (uLTCC) requiring simultaneous firing at a lower temperature than the LTCC is almost non-existent. am.

따라서, 단순한 구조 및 제조공정으로, 금속전극과 초저온의 동시소성이 가능하면서도, 낮은 유전율(εr)과 낮은 유전손실(tanδ), 그리고 안정된 공진주파수의 낮은 온도계수(τf)의 우수한 마이크로파 유전특성과 더불어, 우수한 열전도 특성을 갖는 초저온 동시소성 세라믹스(uLTCC) 소재의 개발이 요청된다. Therefore, with a simple structure and manufacturing process, co-firing of metal electrodes and ultra-low temperatures is possible, while excellent microwave dielectric properties of low permittivity (ε r ), low dielectric loss (tan δ), and low temperature coefficient (τ f ) of stable resonant frequency. In addition to the characteristics, the development of ultra-low temperature co-fired ceramics (uLTCC) material having excellent thermal conductivity is required.

나아가, 이러한 소재는 초저온의 제조공정에 따른 에너지 절감, 비금속 전극과의 호환성에 따른 원료 단가 절감, 타 소재와의 호환성 확장 또한 가능하게한다.Furthermore, these materials enable energy savings due to the ultra-low temperature manufacturing process, cost reduction of raw materials due to compatibility with non-metallic electrodes, and expansion of compatibility with other materials.

1. B. Synkiewicz 등, Acta Physica Polonica A, vol.134, no.1, p.322 (2018)1. B. Synkiewicz et al., Acta Physica Polonica A, vol.134, no.1, p.322 (2018)

2. 미국특허공개공보 제5593526호 (1997.01.14 공개)2. US Patent Publication No. 5593526 (published on January 14, 1997)

3. Achim Bittner 등, Proc. Eurosensors XXIV,September 5-8 (2010)3. Achim Bittner et al., Proc. Eurosensors XXIV, September 5-8 (2010)

4. Achim Bittneret 등, Microelectronic Engineering 88, p.2977 (2011)4. Achim Bittneret et al., Microelectronic Engineering 88, p.2977 (2011)

따라서, 본 발명은 대략 650℃ 이하의 초저온에서 소결가능하면서도 마이크로파 주파수대에서 양호한 유전율(εr) 및 유전손실(tanδ)과, 특히 안정된 공진주파수 온도계수(τf)와 우수한 열전도도를 갖는 고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물 및 상기 조성물의 마이크로파 유전특성의 제어방법을 제공하고, 또한 그에 의한 세라믹 기판 및 상기 세라믹 기판의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.Therefore, the present invention is a high-frequency device that can be sintered at a very low temperature of about 650 ° C or less and has good dielectric constant (ε r ) and dielectric loss (tan δ) in the microwave frequency band, particularly stable resonant frequency temperature coefficient (τ f ) and excellent thermal conductivity. It is to provide a dielectric ceramic composition and a method for controlling microwave dielectric properties of the composition, and to provide a ceramic substrate and a method for manufacturing the ceramic substrate thereby.

위 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 의한 고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물은, 고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물으로서 조성식 (Na1 -xKx)2MoO4로 표현되되 상기 조성식의 상기 x는 0보다 크고 0.2 몰 이하의 범위인 조성을 갖는다.A dielectric ceramic composition for a high-frequency device according to an aspect of the present invention for solving the above problems is a dielectric ceramic composition for a high-frequency device, and is represented by the composition formula (Na 1 -x K x ) 2 MoO 4 , but the x in the composition formula is 0 It has a composition in the range of greater than 0.2 moles or less.

이때, 선택적으로, 상기 조성식의 상기 x는 0.01~0.2 몰의 범위일 수 있다.At this time, optionally, the x of the composition formula may be in the range of 0.01 to 0.2 moles.

또한, 선택적으로, 상기 고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물은 650℃ 이하에서 소결되어 고용체를 이루는 조성물일 수 있다.Optionally, the dielectric ceramic composition for a high-frequency device may be a composition that is sintered at 650° C. or less to form a solid solution.

한편으로는, 본 발명의 다른 일 측면에 의한 고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물의 마이크로파 유전특성의 제어방법은, 상기 고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물에서, 상기 마이크로파 유전특성은 공진주파수 온도계수(τf) 값 및 열전도도(κ) 값 중의 하나 이상이고, 상기 유전체 세라믹스 조성물은 내부에 입방정 결정구조의 α상과 사방정 결정구조의 β상이 공존하며, 상기 조성식에서 상기 x의 값을 상기 범위 내에서 변화시킴으로써 상기 유전체 세라믹스 조성물의 내부에서 상기 α상과 β상의 각 상대분율을 조절하고 상기 α상에서 상기 β상으로의 상전이의 정도를 조절하여 상기 마이크로파 유전특성을 제어한다.On the other hand, in the method for controlling the microwave dielectric characteristics of a dielectric ceramic composition for a high frequency element according to another aspect of the present invention, in the dielectric ceramic composition for a high frequency element, the microwave dielectric characteristic is a resonance frequency temperature coefficient (τ f ) value And at least one of a thermal conductivity (κ) value, wherein the dielectric ceramic composition has an α phase of a cubic crystal structure and a β phase of an orthorhombic crystal structure coexisting therein, and by changing the value of x within the above range in the composition formula. The microwave dielectric characteristics are controlled by controlling the relative fraction of the α phase and the β phase inside the dielectric ceramic composition and by adjusting the degree of phase transition from the α phase to the β phase.

다른 한편으로는, 본 발명의 또 다른 일 측면에 의한 고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물의 마이크로파 유전특성의 제어방법은, 상기 마이크로파 유전특성은 공진주파수 온도계수(τf) 값 및 열전도도(κ) 값 중의 하나 이상이고, 상기 유전체 세라믹스 조성물은 내부에 입방정 결정구조의 α상과 사방정 결정구조의 β상이 공존하며, 상기 유전체 세라믹스 조성물의 소결 온도를 변화시킴으로써 상기 유전체 세라믹스 조성물의 내부에서 상기 α상과 β상의 각 상대분율을 조절하고 상기 α상에서 상기 β상으로의 상전이의 정도를 조절하여 상기 마이크로파 유전특성을 제어한다.On the other hand, in the method for controlling the microwave dielectric characteristics of a dielectric ceramic composition for a high-frequency device according to another aspect of the present invention, the microwave dielectric characteristics are the resonant frequency temperature coefficient (τ f ) value and the thermal conductivity (κ) value At least one of, wherein the α phase of the cubic crystal structure and the β phase of the orthorhombic crystal structure coexist inside the dielectric ceramic composition, and by changing the sintering temperature of the dielectric ceramic composition, the α phase and the α phase and the The microwave dielectric properties are controlled by adjusting the relative fraction of the β phase and adjusting the degree of phase transition from the α phase to the β phase.

이때, 선택적으로, 상기 유전체 세라믹스 조성물의 소결 온도는 525~625℃의 온도범위 내에서 조절할 수 있다.At this time, optionally, the sintering temperature of the dielectric ceramic composition may be adjusted within a temperature range of 525 to 625 °C.

또 다른 한편으로는, 본 발명의 또 다른 일 측면에 의한 고주파 소자용 세라믹 기판은, 상기 고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물과 상기 유전체 세라믹스 조성물의 표면에 배치된 금속 전극을 포함한다.On the other hand, a ceramic substrate for a high frequency element according to another aspect of the present invention includes the dielectric ceramic composition for a high frequency element and a metal electrode disposed on a surface of the dielectric ceramic composition.

또 다른 한편으로는, 본 발명의 또 다른 일 측면에 의한 고주파 소자용 세라믹 기판의 제조방법은 하기 단계 (i)~(iii)을 포함한다:On the other hand, a method for manufacturing a ceramic substrate for a high-frequency device according to another aspect of the present invention includes the following steps (i) to (iii):

(i) 상기 유전체 세라믹스 조성물의 슬러리로부터 단일 또는 복수의 그린 테이프를 형성하는 단계;(i) forming a single or a plurality of green tapes from the slurry of the dielectric ceramic composition;

(ii) 상기 단일의 그린 테이프의 표면에 금속 전극을 배치하거나, 또는 상기 복수의 그린 테이프 중의 하나 이상의 표면에 금속 전극을 배치한 후 상기 복수의 그린 테이프를 적층하여 그린 테이프 적층체를 형성하는 단계; 및(ii) disposing a metal electrode on the surface of the single green tape, or disposing a metal electrode on the surface of at least one of the plurality of green tapes and then laminating the plurality of green tapes to form a green tape stack. ; and

(iii) 상기 단일의 그린 테이프 또는 상기 그린 테이프 적층체를 상기 금속 전극과 함께 650℃ 이하의 온도범위에서 동시소성하는 단계. (iii) co-firing the single green tape or the green tape laminate together with the metal electrode in a temperature range of 650° C. or less.

이때, 선택적으로, 상기 금속 전극의 소재는 Au, Ag, Cu 및 Al 중의 하나 이상일 수 있다.In this case, optionally, the material of the metal electrode may be one or more of Au, Ag, Cu, and Al.

또한, 선택적으로, 상기 동시소성하는 상기 온도범위는 575~600℃ 범위일 수 있다.Also, optionally, the temperature range for the co-firing may be in the range of 575 to 600°C.

본 발명의 (Na,K)2MoO4 세라믹스 조성물은 초저온 동시소성 세라믹스(uTCC)로서 소결온도가 대략 650℃ 이하로 저하되면서, 마이크로파 주파수대에서 양호한 유전율(εr) 및 유전손실(tanδ)을 유지한다. 특히, 본 발명의 상기 조성물은, 조성물 내부에 공존하는 서로 다른 구조를 갖는 고유의 2개 상들 간에서 상전이를 야기시키고 이의 정도를 조절하는 자가 온도보상 메커니즘을 구현함으로써 공진주파수 온도계수(τf)와 열전도도(κ)를 크게 향상시킨다. 그리고, 본 발명 세라믹스 조성물의 이러한 초저온 영역대의 소결온도는 상기 일반 금속소재들 중에서 제일 낮은 융점(660℃)을 갖는 Al 소재전극보다 10℃ 이상 낮은 온도일 뿐만 아니라, Al과의 화학적 반응이 전혀 없이 Al 소재전극과 동시소성이 가능하여 호환성있게 고주파 소자용 기판으로서 실용화될 수 있다.The (Na,K) 2 MoO 4 ceramic composition of the present invention is an ultra-low temperature co-fired ceramic (uTCC), and maintains good dielectric constant (ε r ) and dielectric loss (tan δ) in the microwave frequency band while the sintering temperature is lowered to about 650 ° C or less. do. In particular, the composition of the present invention causes a phase transition between two unique phases having different structures coexisting in the composition and implements a self-temperature compensation mechanism that controls the degree of the phase transition, thereby increasing the resonant frequency temperature coefficient (τ f ) and thermal conductivity (κ) are greatly improved. In addition, the sintering temperature of the ceramic composition of the present invention in the ultra-low temperature region is not only lower than the temperature of the Al material electrode having the lowest melting point (660 ° C) among the general metal materials, but also has no chemical reaction with Al. Co-firing with the Al material electrode is possible, so it can be put into practical use as a substrate for high-frequency devices with compatibility.

도 1은 본 발명의 일 실시양태에 따라 (Na1 - xKx)2MoO4 조성에서 K의 치환량 x를 0몰에서 0.2몰로 변화시키면서 525~625℃ 온도범위로 초저온 소성하여 고용시킨 조성물 소결체의 X선 회절패턴을 보이며, 도 1에서 (a)는 x=0몰인 조성물 소결체, (b)는 x=0.1몰인 조성물 소결체, (c)는 x=0.2몰인 조성물 소결체의 각각의 X선 회절패턴이다.
도 2는 도 1의 (a)~(c) 중에서 각각 575℃에서 소성하여 고용시킨 조성물 소결체의 X선 회절패턴 데이터를 α상(Fd-3m)과 β상(Pbca)의 브래그(Bragg) 회절패턴을 고려하여 리트벨트 법(Rietveld's refinement)으로 처리한 결과물로서, 도 2에서 (d)는 도 1의 (a)에, (e)는 도 1의 (b)에, 그리고 (f)는 도 1의 (c)에 대응하는 각각의 결과 패턴이다.
도 3은 본 발명의 일 실시양태에 따라 (Na1 - xKx)2MoO4 조성에서 K의 치환량인 x를 0몰에서 0.2몰로 변화시키고 이를 525~625℃ 온도범위로 초저온 소성하여 고용시킨 조성물 소결체의 FE-SEM/EDS에 의한 미세구조 분석 결과를 보이며, 도 3에서 (a1)~(a5)는 도 1의 (a)에 대응하고 x=0몰인 조성물 소결체, (b1)~(b5)는 도 1의 (b)에 대응하고 x=0.1몰인 조성물 소결체, (c3)~(c5)는 도 1의 (c)에 대응하고 x=0.2몰인 조성물 소결체의 각 전자현미경(SEM) 사진들이고, 각 SEM 사진들의 내부에는 각각의 입자분포 히스토그램과 평균입도 그래프를 삽입하여 나타내며, 상기 (c5) 사진 하단부에 배치된 사진 (C1)~(c2)는 상기 (b3) 사진 내 일부 조직에 대한 EDS 분석 결과이다.
도 4~7은 본 발명 실시예들에 따른 (Na,K)2MoO4 조성물들의 K 치환량(몰)과 소결온도[T(℃)]의 변화에 따른 마이크로파 유전특성 변화와 열전도 특성 변화를 보이는 그래프들로서, 도 4는 유전율(εr)의 변화를, 도 5는 유전손실(tanδ)의 변화를, 도 6은 공진 주파수 온도계수(τf)의 변화를, 그리고 도 7은 열전도도(κ)의 변화를 각각 나타내며, 도 4~7에서 x는 상기 식 1의 (Na1 - xKx)2MoO4에서 K 치환량 x(몰)를 나타낸다.
1 is a sintered body of a composition obtained by firing at a very low temperature in a temperature range of 525 to 625° C. while changing the substitution amount of K from 0 mol to 0.2 mol in a (Na 1 - x K x ) 2 MoO 4 composition according to an embodiment of the present invention. In Figure 1, (a) is a composition sintered body with x = 0 mole, (b) is a composition sintered body with x = 0.1 mole, (c) is each X-ray diffraction pattern of the composition sintered body with x = 0.2 mole am.
Figure 2 shows the X-ray diffraction pattern data of the sintered body of the composition fired at 575 ° C., respectively, in (a) to (c) of FIG. As a result of processing by Rietveld's refinement in consideration of the pattern, (d) in FIG. 2 is in (a) in FIG. 1, (e) is in (b) in FIG. 1, and (f) is in FIG. Each resultant pattern corresponding to (c) of 1.
3 is a solid solution by changing the substitution amount of K from 0 mol to 0.2 mol in the (Na 1 - x K x ) 2 MoO 4 composition according to an embodiment of the present invention and firing it at a very low temperature in the temperature range of 525 to 625 ° C. Showing the results of microstructure analysis by FE-SEM / EDS of the composition sintered body, in FIG. 3 (a1) to (a5) correspond to (a) in FIG. ) corresponds to FIG. 1 (b) and x = 0.1 mole of the composition sintered body, (c3) to (c5) correspond to FIG. , Inside each SEM picture, each particle distribution histogram and average particle size graph are inserted and shown, and the pictures (C1) to (c2) disposed at the bottom of the picture (c5) are EDS for some tissues in the picture (b3). is the result of the analysis.
4 to 7 show changes in microwave dielectric properties and thermal conductivity according to changes in K substitution amount (mol) and sintering temperature [T (℃)] of (Na,K) 2 MoO 4 compositions according to embodiments of the present invention. As graphs, FIG. 4 shows the change in dielectric constant (ε r ), FIG. 5 shows the change in dielectric loss (tanδ), FIG. 6 shows the change in the resonance frequency temperature coefficient (τ f ), and FIG. 7 shows the change in thermal conductivity (κ). ), respectively, and in FIGS. 4 to 7, x represents the K substitution amount x (mol) in (Na 1 - x K x ) 2 MoO 4 of Formula 1 above.

본 발명은, 대략 650℃ 이하의 초저온에서 Au, Ag, Cu, Al 등을 포함한 일반 금속소재 전극패턴과 동시소성이 가능하면서도, 양호한 유전율(εr) 및 유전손실(tanδ)과 특히 우수한 공진주파수 온도계수(τf)의 마이크로파 유전특성을 갖는 한편, 우수한 열전도율(κ) 특성 또한 갖는, 이른바 초저온 동시소성 세라믹스(ulra-low temperature co-fired ceramics: "uLTCC") 조성을 제공하는 것으로, 본 발명의 이 조성은 먼저 NaMoO4 세라믹스를 출발조성으로 한다.The present invention is capable of co-firing with general metal material electrode patterns including Au, Ag, Cu, Al, etc. at a very low temperature of about 650 ° C or less, and has good dielectric constant (ε r ) and dielectric loss (tan δ) and particularly excellent resonance frequency. To provide so-called ultra-low temperature co-fired ceramics (“uLTCC”) compositions that have microwave dielectric characteristics of temperature coefficient (τ f ) and also have excellent thermal conductivity (κ) characteristics, This composition first uses NaMoO 4 ceramics as a starting composition.

본 발명자들에 의하면, 이러한 NaMoO4 세라믹스는 유전율과 유전손실 값은 대체로 낮아 양호한 편이나, 다만 공진주파수 온도계수(τf)가 대략 -76ppm/℃ 정도의 매우 큰 값에 이르는 것으로 조사되어 고주파 소자용으로서는 아직 부적합하다. 전술했듯이, 통상의 안테나 공진기 또는 필터로 적용하기 위해서는 일반적으로 공진주파수 온도계수(τf)의 허용범위가 대략 ±10ppm/℃ 이내로 제어됨이 요구된다.According to the present inventors, these NaMoO 4 ceramics have generally low dielectric constant and dielectric loss values, but are good, but the resonant frequency temperature coefficient (τ f ) has been investigated to reach a very large value of about -76ppm/℃, which is a high frequency element It is still unsuitable for use. As described above, in order to be applied as a general antenna resonator or filter, it is generally required that the tolerance range of the resonance frequency temperature coefficient (τ f ) be controlled within approximately ±10 ppm/°C.

그뿐만 아니라, 본 발명자들에 의하면, 상기 NaMoO4 세라믹스는 상온 열전도도(κ)가 매우 낮은 대략 1W/m·K 정도에 그치는 것으로 조사되었다. 일반적으로, 고주파 소자로의 적용시 초고주파화 및 집적화에 따른 통신모듈의 발열현상을 해소하기 위해서 높은 열전도도(κ)를 가짐이 바람직하며, 통상의 저온 동시소성 세라믹스(low temperature co-fired ceramics: "LTCC")의 경우는 대략 1.2~1.5 W/m·K의 범위 수준이다.In addition, according to the present inventors, it was investigated that the NaMoO 4 ceramics had a very low room temperature thermal conductivity (κ) of about 1 W/m·K. In general, when applied to high-frequency devices, it is desirable to have high thermal conductivity (κ) in order to solve the heat generation phenomenon of communication modules due to ultra-high frequency and integration, and conventional low temperature co-fired ceramics (low temperature co-fired ceramics: "LTCC") is in the range of approximately 1.2 to 1.5 W/m K.

이에, 본 발명자들은 출발조성인 NaMoO4 세라믹스의 A-사이트에서 Na를 K로 소량 치환함으로써 위와 같이 열악했던 공진주파수 온도계수(τf)와 열전도율(κ) 특성을 대폭 개선한 (Na,K)2MoO4 세라믹스를 개발해냈다. Accordingly, the present inventors have significantly improved the resonant frequency temperature coefficient (τ f ) and thermal conductivity (κ) characteristics, which were poor as described above, by substituting a small amount of K with Na at the A-site of NaMoO 4 ceramics, which is the starting composition. 2 MoO 4 ceramics were developed.

본 발명에서, 이러한 공진주파수 온도계수(τf)와 열전도도(κ) 특성의 증가는, 하술하듯이 NaMoO4 세라믹스에 개입된 K 치환물질이 세라믹스 조성물의 상(phase) 조성과 결정구조 및 미세구조를 미세 제어하는 이른바 자가 온도보상 메커니즘을 구현함으로써, 효과적으로 달성된다. 특히, 이러한 자가 온도보상 메커니즘은 현재까지 알려진 종래의 LTCC나 uLTCC 단일 조성물에서는 관찰될 수 없었던 현상이다.In the present invention, the increase in the resonance frequency temperature coefficient (τ f ) and thermal conductivity (κ) characteristics, as described below, is due to the K substituent intervening in the NaMoO 4 ceramics, the phase composition, crystal structure and microstructure of the ceramics composition. This is effectively achieved by implementing a so-called self-temperature compensation mechanism that finely controls the structure. In particular, this self-temperature compensation mechanism is a phenomenon that could not be observed in conventional LTCC or uLTCC single compositions known to date.

이러한 본 발명의 메커니즘은 출발조성인 NaMoO4의 유전율과 유전손실 값은 양호하게 유지하면서도, 공진주파수 온도계수(τf)는 대략 -3pm/℃ 정도로까지 크게 감소시키고 열전도도(κ)는 최대 1.8W/m·K 정도로까지 대폭 증가시킨다. The mechanism of the present invention keeps the permittivity and dielectric loss of the starting composition NaMoO 4 good, while greatly reducing the resonant frequency temperature coefficient (τ f ) to about -3pm/℃ and increasing the thermal conductivity (κ) to a maximum of 1.8 Significantly increase to about W/m K.

이로써, 본 발명의 (Na,K)2MoO4 세라믹스 조성물은 특히 매우 낮은 공진주파수 온도계수(τf) 값을 달성함으로써 고주파 소자로의 적용시 안정된 동작특성이 달성되며 아울러 개선된 열전도도(κ)로 인해 통신모듈의 발열을 효과적으로 발산하므로, 고주파 소자용으로서 효과적으로 적용될 수 있다.As a result, the (Na,K) 2 MoO 4 ceramic composition of the present invention achieves a very low resonant frequency temperature coefficient (τ f ) value, thereby achieving stable operating characteristics when applied to a high-frequency device, as well as improved thermal conductivity (κ ), it can effectively dissipate heat from the communication module, so it can be effectively applied as a high-frequency device.

더구나, 본 발명의 (Na,K)2MoO4 세라믹스 조성물은 대략 650℃ 이하의 초저온에서 Au, Ag, Cu, Al 등을 포함한 일반 금속소재 전극패턴과 동시소성이 가능하다. 특히, 본 발명 (Na,K)2MoO4 세라믹스 조성물의 이러한 초저온 영역대의 소결온도는 상기 일반 금속소재들 중에서 제일 낮은 융점(660℃)을 갖는 Al 소재전극보다 10℃ 이상 낮은 온도일 뿐만 아니라, Al과의 화학적 반응이 전혀 없이 Al 소재전극과 동시소성이 가능하여 호환성있게 고주파 소자용 기판으로서 실용화될 수 있다.In addition, the (Na,K) 2 MoO 4 ceramic composition of the present invention can be co-fired with an electrode pattern of a general metal material including Au, Ag, Cu, Al, etc. at a very low temperature of about 650 ° C or less. In particular, the sintering temperature of the ultra-low temperature range of the (Na,K) 2 MoO 4 ceramic composition of the present invention is not only lower than the Al material electrode having the lowest melting point (660 ° C) among the general metal materials, but also 10 ° C or more lower, Co-fired with an Al material electrode is possible without any chemical reaction with Al, so it can be put into practical use as a substrate for high-frequency devices with compatibility.

한편, 본 발명의 (Na,K)2MoO4 세라믹스 조성물에서 K의 치환량은 최대 0.2몰 이하의 범위, 바람직하게는 0.01~0.2 몰 범위일 수 있고, 본 발명의 바람직한 일 실시양태에 따른 (Na,K)2MoO4 세라믹스 조성물은 하기 식 1로 표현될 수 있다:On the other hand, in the (Na,K) 2 MoO 4 ceramics composition of the present invention, the substitution amount of K may be in the range of 0.2 mol or less at most, preferably in the range of 0.01 to 0.2 mol, and according to a preferred embodiment of the present invention (Na ,K) 2 MoO 4 ceramics composition can be represented by the following formula 1:

(Na1-xKx)2MoO4 (식 1)(Na 1-x K x ) 2 MoO 4 (Equation 1)

(이때, 상기 x는 최대 0.2몰 이하의 범위, 바람직하게는 0.01~0.2 몰 범위이다)(At this time, the x is in the range of up to 0.2 mol or less, preferably in the range of 0.01 to 0.2 mol)

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시양태에 따른 (Na,K)2MoO4 세라믹스 조성물은 대략 유전율(εr)≤5, 유전손실(tanδ)≤0.008, 그리고 공진 주파수의 온도계수(τf)≤±10ppm/℃ 범위의 우수한 마이크로파 유전특성과, 대략 1.2~1.8W/m·K 범위의 우수한 열전도 특성을 제공하며, 이는 고주파 소자로서의 적용에 매우 유망한 특성이다.In addition, the (Na,K) 2 MoO 4 ceramics composition according to a preferred embodiment of the present invention has a dielectric constant (ε r ) ≤ 5, a dielectric loss (tan δ) ≤ 0.008, and a temperature coefficient of resonance frequency (τ f ) ≤ It provides excellent microwave dielectric properties in the range of ±10 ppm/°C and excellent thermal conductivity in the range of approximately 1.2 to 1.8 W/m·K, which are very promising characteristics for applications as high-frequency devices.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 통하여 본 발명을 더 상세히 설명한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 더 상세히 설명하기 위한 것으로서 본 발명을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through preferred embodiments of the present invention. These examples are only intended to further illustrate the present invention and should not be construed as limiting the present invention.

실시예Example

본 발명 (The present invention ( Na,KNa,K )) 22 MoOMoO 44 세라믹스 조성물 소결체의 제조 Manufacturing of ceramic composition sintered body

먼저, 출발 원료로서 Na2CO3, K2CO3, MoO3 분말을 사용하여 상기 식 1의 화학양론비율에 따라 이들 원료분말을 칭량하고 에탄올을 용매로 하여 지르코니아(YTSZ) 볼밀로 12시간 혼합하였다. 혼합한 원료분말 슬립은 85℃에서 건조하고, 건조된 분말 케익은 파쇄후 알루미나 도가니에서 450~550℃에서 2시간 열처리한 다음 XRD 분석을 통해 500℃에서 2시간이 적정 하소 조건으로 선정하여 목적하는 바 결정구조(cubic, Fd-3m)를 갖는 소정의 합성분말을 얻었다. 그리고, 각 합성분말을 기반으로 소결후 기준으로

Figure pat00001
×t=10×1[mm3] 디스크 펠렛, 17.5×17.5×0.6[mm3] 각형 플레이트, 및
Figure pat00002
×t=12.7×1.2[mm3] 디스크 펠렛을 각각 형성한 후 500~625℃의 다양한 온도구간에서 2시간 소결하였다.First, using Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , and MoO 3 powder as starting materials, weigh these raw material powders according to the stoichiometric ratio of Equation 1, and mix with ethanol as a solvent in a zirconia (YTSZ) ball mill for 12 hours did The mixed raw material powder slip is dried at 85 ° C, and the dried powder cake is crushed and then heat-treated in an alumina crucible at 450 ~ 550 ° C for 2 hours, and then 500 ° C for 2 hours is selected as the appropriate calcination condition through XRD analysis A predetermined synthetic powder having a bar crystal structure (cubic, Fd-3m) was obtained. And, based on each synthetic powder, after sintering,
Figure pat00001
× t = 10 × 1 [mm 3 ] disk pellets, 17.5 × 17.5 × 0.6 [mm 3 ] square plate, and
Figure pat00002
× t = 12.7 × 1.2 [mm 3 ] After forming disk pellets, respectively, they were sintered at various temperature ranges of 500 to 625 ° C for 2 hours.

본 발명 (The present invention ( Na,KNa,K )) 22 MoOMoO 44 세라믹스 조성물 소결체의 마이크로파 유전특성의 측정 Measurement of Microwave Dielectric Characteristics of Ceramic Composition Sintered Body

그리고, 상기 소결된 디스크 펠렛 시료들의 마이크로파 유전특성은 스플릿트 포스트 유전체 공진기법(split-post dielectric resonator: SPDR)으로 네크워크 애날라이저(8720ES)에 연결하여 측정하였다. 또한, 공진주파수의 온도계수(τf)는 온습도 항온챔버에 상기 시료가 장입된 SPDR을 넣어 25~85℃ 온도구간에서 공진주파수의 변화값과 온도구간범위를 적용하여 계산하였다. 또한, 상기 시료의 열전도율은 레이저 섬광법(laser flash analysis: LFA)을 사용하여 상온 열확산율과 비열을 측정한 다음 시료의 밀도를 곱하여 계산하였다.In addition, the microwave dielectric characteristics of the sintered disk pellet samples were measured by connecting to a network analyzer (8720ES) using a split-post dielectric resonator (SPDR). In addition, the temperature coefficient (τ f ) of the resonance frequency was calculated by putting the SPDR loaded with the sample into a temperature and humidity constant temperature chamber and applying the change value of the resonance frequency and the temperature range in the temperature range of 25 to 85 ° C. In addition, the thermal conductivity of the sample was calculated by measuring the thermal diffusivity and specific heat at room temperature using laser flash analysis (LFA) and then multiplying by the density of the sample.

본 발명 (The present invention ( Na,KNa,K )) 22 MoOMoO 44 세라믹스 조성물의 자가 온도보상 메커니즘 분석 Analysis of self-temperature compensation mechanism of ceramic composition

전술한 본 발명 (Na,K)2MoO4 세라믹스 조성물의 자가 온도보상 메커니즘을 도 1~3을 참조하며 이하 설명한다.The self-temperature compensation mechanism of the (Na,K) 2 MoO 4 ceramic composition of the present invention described above will be described below with reference to FIGS. 1 to 3 .

먼저, 도 1은 본 발명의 일 실시양태에 따라 (Na1 - xKx)2MoO4 조성에서 K의 치환량 x를 0몰에서 0.2몰로 변화시키면서 525~625℃ 온도범위로 초저온 소성하여 고용시킨 조성물 소결체의 X선 회절패턴을 보이며, 도 1에서 (a)는 x=0몰인 조성물 소결체, (b)는 x=0.1몰인 조성물 소결체, (c)는 x=0.2몰인 조성물 소결체의 각각의 X선 회절패턴이다.First, FIG. 1 is a solid solution obtained by ultra-low temperature firing in the temperature range of 525 to 625 ° C. while changing the substitution amount of K from 0 mol to 0.2 mol in the (Na 1 - x K x ) 2 MoO 4 composition according to one embodiment of the present invention. X-ray diffraction patterns of the sintered composition are shown. In FIG. 1, (a) is a sintered composition with x = 0 mole, (b) is a sintered composition with x = 0.1 mole, and (c) is each X-ray of the sintered composition with x = 0.2 mole. is the diffraction pattern.

도 2는 도 1의 (a)~(c) 중에서 각각 575℃에서 소성하여 고용시킨 조성물 소결체의 X선 회절패턴 데이터를 α상(Fd-3m)과 β상(Pbca)의 브래그(Bragg) 회절패턴을 고려하여 리트벨트 법(Rietveld's refinement)으로 처리한 결과물로서, 도 2에서 (d)는 도 1의 (a)에, (e)는 도 1의 (b)에, 그리고 (f)는 도 1의 (c)에 대응하는 각각의 결과 패턴이다.Figure 2 shows the X-ray diffraction pattern data of the sintered body of the composition fired at 575 ° C., respectively, in (a) to (c) of FIG. As a result of processing by Rietveld's refinement in consideration of the pattern, (d) in FIG. 2 is in (a) in FIG. 1, (e) is in (b) in FIG. 1, and (f) is in FIG. Each resultant pattern corresponding to (c) of 1.

도 3은 본 발명의 일 실시양태에 따라 (Na1 - xKx)2MoO4 조성에서 K의 치환량인 x를 0몰에서 0.2몰로 변화시키고 이를 525~625℃ 온도범위로 초저온 소성하여 고용시킨 조성물 소결체의 FE-SEM/EDS에 의한 미세구조 분석 결과를 보이며, 도 3에서 (a1)~(a5)는 도 1의 (a)에 대응하고 x=0몰인 조성물 소결체, (b1)~(b5)는 도 1의 (b)에 대응하고 x=0.1몰인 조성물 소결체, (c3)~(c5)는 도 1의 (c)에 대응하고 x=0.2몰인 조성물 소결체의 각 전자현미경(SEM) 사진들이고, 각 SEM 사진들의 내부에는 각각의 입자분포 히스토그램과 평균입도 그래프를 삽입하여 나타내며, 상기 (c5) 사진 하단부에 배치된 사진 (C1)~(c2)는 상기 (b3) 사진 내 일부 조직에 대한 EDS 분석 결과이다.3 is a solid solution by changing the substitution amount of K from 0 mol to 0.2 mol in the (Na 1 - x K x ) 2 MoO 4 composition according to an embodiment of the present invention and firing it at a very low temperature in the temperature range of 525 to 625 ° C. Showing the results of microstructure analysis by FE-SEM / EDS of the composition sintered body, in FIG. 3 (a1) to (a5) correspond to (a) in FIG. ) corresponds to FIG. 1 (b) and x = 0.1 mole of the composition sintered body, (c3) to (c5) correspond to FIG. , Inside each SEM picture, each particle distribution histogram and average particle size graph are inserted and shown, and the pictures (C1) to (c2) disposed at the bottom of the picture (c5) are EDS for some tissues in the picture (b3). is the result of the analysis.

그리고, 도 2에도 보이듯이, 도 1의 X선 회절 데이터를 기반으로 α상(Fd-3m)과 β상(Pbca)의 Bragg 회절패턴을 고려하여 리트벨트 법으로 분석 산출한 결과 데이터는 아래 표 1과 같이 정리된다.And, as shown in Figure 2, based on the X-ray diffraction data of Figure 1, considering the Bragg diffraction patterns of the α phase (Fd-3m) and the β phase (Pbca), the result data analyzed and calculated by the Rietveld method are shown in the table below arranged as in 1.

Figure pat00003
Figure pat00003

도 1~2 및 표 1을 참조하면, 순수 Na2MoO4 조성물 소결체(즉, 식 1에서 K 치환량 x=0.0)는 주(major) 상으로서 입방정(cubic) 결정구조(Fd -3m space group)를 갖는 α상(α-Na2MoO4)과, 부(minor) 상으로서 사방정(orthorhombic) 결정구조(Pbca space group)의 β상(β-Na2MoO4) 상인 2개 상이 공존함이 관찰된다. 1 and 2 and Table 1, the pure Na 2 MoO 4 composition sintered body (ie, K substitution amount x=0.0 in Formula 1) has a cubic crystal structure ( Fd -3m space group) as a major phase Two phases coexist: an α phase (α-Na 2 MoO 4 ) and a β phase (β-Na 2 MoO 4 ) phase of an orthorhombic crystal structure ( Pbca space group) as a minor phase. Observed.

본 발명은 이러한 α상(α-Na2MoO4)과 β상(β-Na2MoO4) 상이 공존하는 Na2MoO4 조성물에서, Na+에 대한 K+ 이온의 치환량과 소성온도를 제어하여 상기 두 상의 상대적인 분율을 조절함으로써 조성물 전체의 마이크로파 유전특성을 제어한다.In the Na 2 MoO 4 composition in which the α phase (α-Na 2 MoO 4 ) and the β phase (β-Na 2 MoO 4 ) coexist, the substitution amount of K + ions for Na + and the firing temperature are controlled to The microwave dielectric properties of the entire composition are controlled by adjusting the relative fractions of the two phases.

특히, 표 1에 잘 보이듯이, 본 발명 (Na1 - xKx)2MoO4 조성물 소결체에서 그의 소성온도가 증가하거나 및/또는 Na+에 대한 K+ 이온의 치환량이 증가할수록 상기 α상에서 상기 β상으로의 상전이가 증가함을 알 수 있다. 특히, 본 발명 조성에서 K+ 이온의 치환량이 증가할수록 α상인 입방정 상의 분율은 상대적으로 감소하고 β상인 사방정 상의 분율은 상대적으로 증가함이 관찰된다. In particular, as shown in Table 1, in the sintered body of the present invention (Na 1 - x K x ) 2 MoO 4 composition, as its sintering temperature increases and/or the substitution amount of K + ions for Na + increases, the above α phase It can be seen that the phase transition to the β phase increases. In particular, as the substitution amount of K + ions increases in the composition of the present invention, it is observed that the fraction of cubic phase, which is α phase, relatively decreases, and the fraction of orthorhombic phase, which is β phase, relatively increases.

본 발명에서 이러한 α상/β상 간의 상대 분율 제어에 따른 각기 다른 결정성장 및 배열 변화와 상대밀도의 감소, 서로 다른 배향 결정립(grain)이 공존함에 따른 결정립 간의 공극율(void) 정도, 기공도, 이차상의 존재 여부에 따라 내부 결정립간 열전달 계면에서 열확산 정도와 열전도율을 변화시킬 수 있다. 상기 이차상과 관련하여, 도 3의 (b5)에 보이는 K+ 치환량 x=0.1 조성을 625℃로 소성한 소결체와, 도 3의 (c3)~(c5)에서 보이는 K+ 치환량 x=0.2 조성을 575~625℃로 소성한 소결체들에서는 각 결정립의 액상화가 상당량 발생하여 진행되었음이 관찰된다.In the present invention, different crystal growth and arrangement changes and reduction in relative density according to the control of the relative fraction between the α phase and β phase, the degree of void between grains according to the coexistence of different orientation grains, porosity, Depending on the presence or absence of the secondary phase, the degree of thermal diffusion and thermal conductivity can be changed at the heat transfer interface between the internal grains. Regarding the secondary phase, the sintered body obtained by firing the K + substitution amount x = 0.1 composition shown in FIG. 3 (b5) at 625 ° C, and the K + substitution amount x = 0.2 composition shown in FIG. In the sintered bodies calcined at ~625 ° C, it was observed that a considerable amount of liquefaction of each crystal grain occurred and proceeded.

본 발명의 (Na,K)2MoO4 조성물에서 공진주파수 온도계수(τf)는 위와 같이 소성온도 및/또는 K+ 치환량을 제어하여 소결체 내 상기 α상과 β상 간의 상대 분율을 조절함으로써 상기 자가 온도보상 메커니즘이 구현되어 효과적으로 제어된다. In the (Na,K) 2 MoO 4 composition of the present invention, the resonance frequency temperature coefficient (τ f ) is determined by controlling the relative fraction between the α phase and β phase in the sintered body by controlling the firing temperature and/or the amount of K + substitution as described above. A self-temperature compensation mechanism is implemented and effectively controlled.

본 발명에서는, 이러한 자가 온도보상 메커니즘의 작동으로 인해, 순수 Na2MoO4 조성물이 가졌던 대략 -76ppm/℃에 육박했던 큰 (-)의 온도계수는 거의 영(0)에 근접하며 작아져 공진 주파수 변화가 안정됨이 관찰된다. 이러한 메커니즘은 종래 LTCC나 uLTCC 단일 조성물에서는 전혀 관찰될 수 없었던 현상이다.In the present invention, due to the operation of this self-temperature compensation mechanism, the large (-) temperature coefficient of the pure Na 2 MoO 4 composition, which was close to approximately -76ppm/℃, is close to zero and becomes small, resulting in a small resonance frequency. It is observed that the change is stable. This mechanism is a phenomenon that could not be observed at all in conventional LTCC or uLTCC single compositions.

또한, 본 발명에 따른 (Na,K)2MoO4 조성물에서 Na+를 치환하는 K+ 이온의 이온반경(1.02Å)은 Na+ 이온의 이온반경(1.38Å)보다 크므로, 이에 따라 이온 분극율이 증가하며 유전율의 상승을 초래한다. 그러나, K+ 이온 치환량의 증가에 따라 내부 기공율이 변화하고 조성물 소결체 내 공기(유전율이 1)를 수용한 공극 부위들에서는 오히려 유전율이 감소하므로, 조성물 소결체 전체적으로 K+ 이온의 치환에 따른 유전율(εr)의 변화는 그다지 크지 않음이 관찰된다. In addition, in the (Na,K) 2 MoO 4 composition according to the present invention, the ionic radius (1.02Å) of the K + ion substituting Na + is larger than the ionic radius (1.38Å) of the Na + ion, and thus ion polarization rate increases, resulting in an increase in permittivity. However, since the internal porosity changes as the amount of substitution of K + ions increases and the permittivity decreases rather in the voids containing air (permittivity of 1) in the sintered body of the composition, the dielectric constant (ε) according to the substitution of K + ions throughout the sintered body of the composition It is observed that the change in r ) is not very large.

따라서, 본 발명 (Na,K)2MoO4 조성물은 NaMoO4 세라믹스의 양호한 유전율과 유전손실 값은 유사한 수준으로 유지하면서도, 열악한 공진주파수 온도계수(τf)는 전술한 α상과 β상 간의 내부 상전이 제어에 따른 자가 온도보상 메커니즘에 의해 우수한 값으로 개선된다.Therefore, the (Na,K) 2 MoO 4 composition of the present invention maintains the good permittivity and dielectric loss value of NaMoO 4 ceramics at similar levels, while the poor resonant frequency temperature coefficient (τ f ) is It is improved to an excellent value by the self-temperature compensation mechanism according to the phase transition control.

본 발명 (The present invention ( Na,KNa,K )) 22 MoOMoO 44 세라믹스 조성물의 마이크로파 유전특성의 분석 Analysis of Microwave Dielectric Characteristics of Ceramic Compositions

본 발명 실시예에 따라 제조되어 측정된 여러 세라믹스 조성물 소결체들의 마이크로파 유전특성값들은 하기 표 2와 도 4~6에 나타내고, 이들의 측정된 상온 열전도도값들은 하기 표 3와 도 7에 나타낸다.Microwave dielectric properties of various sintered bodies of ceramic compositions prepared and measured according to the examples of the present invention are shown in Table 2 and FIGS. 4 to 6, and their measured room temperature thermal conductivity values are shown in Table 3 and FIG. 7 below.

도 4~7은 본 발명 실시예들에 따른 (Na,K)2MoO4 조성물들의 K 치환량(몰)과 소결온도[T(℃)]의 변화에 따른 마이크로파 유전특성 변화와 열전도 특성 변화를 보이는 그래프들로서, 도 4는 유전율(εr)의 변화를, 도 5는 유전손실(tanδ)의 변화를, 도 6은 공진 주파수 온도계수(τf)의 변화를, 그리고 도 7은 열전도도(κ)의 변화를 각각 나타내며, 각 그래프에서의 x는 상기 식 1의 (Na1 - xKx)2MoO4에서 K 치환량 x(몰)를 나타낸다.4 to 7 show changes in microwave dielectric properties and thermal conductivity according to changes in K substitution amount (mol) and sintering temperature [T (℃)] of (Na,K) 2 MoO 4 compositions according to embodiments of the present invention. As graphs, FIG. 4 shows the change in dielectric constant (ε r ), FIG. 5 shows the change in dielectric loss (tanδ), FIG. 6 shows the change in the resonance frequency temperature coefficient (τ f ), and FIG. 7 shows the change in thermal conductivity (κ). ), and x in each graph represents the K substitution amount x (mol) in (Na 1 - x K x ) 2 MoO 4 in Equation 1 above.

구분division 조성Furtherance 소결조건
(℃-2h)
sintering conditions
(℃-2h)
측정
주파수
fo(GHz)
measurement
frequency
f o (GHz)
유전율
r)
permittivity
r )
유전손실
(tanδ)
dielectric loss
(tanδ)
품질계수
(Q×f)
GHz
quality factor
(Q×f)
GHz
공진주파수
온도계수
f)
ppm/℃
resonant frequency
temperature coefficient
f )
ppm/℃
비교예 1Comparative Example 1 Na2MoO4 Na 2 MoO 4 575575 1515 4.164.16 0.000450.00045 33,33033,330 -28.52-28.52 비교예 2Comparative Example 2 Na2MoO4 Na 2 MoO 4 600600 1515 4.014.01 0.000470.00047 31,91031,910 -17.12-17.12 비교예 3Comparative Example 3 Na2MoO4 Na 2 MoO 4 625625 1515 3.963.96 0.000380.00038 39,27039,270 -22.88-22.88 실시예 1Example 1 (Na0 .995K0. 005)2MoO4 ( Na 0.995 K 0.005 ) 2 MoO 4 575575 1515 4.724.72 0.000610.00061 39,76539,765 -21.60-21.60 실시예 2Example 2 (Na0 .995K0. 005)2MoO4 ( Na 0.995 K 0.005 ) 2 MoO 4 600600 1515 4.384.38 0.000920.00092 46,36546,365 -65.10-65.10 실시예 3Example 3 (Na0 .995K0. 005)2MoO4 ( Na 0.995 K 0.005 ) 2 MoO 4 625625 1515 4.224.22 0.000280.00028 46,35046,350 -43.40-43.40 실시예 4Example 4 (Na0 .99K0. 01)2MoO4 (Na 0.99 K 0. 01 ) 2 MoO 4 575575 1515 3.983.98 0.001200.00120 45,21045,210 -14.90-14.90 실시예 5Example 5 (Na0 .99K0. 01)2MoO4 (Na 0.99 K 0. 01 ) 2 MoO 4 600600 1515 4.294.29 0.000620.00062 50,88050,880 -8.19-8.19 실시예 6Example 6 (Na0 .99K0. 01)2MoO4 (Na 0.99 K 0. 01 ) 2 MoO 4 625625 1515 4.164.16 0.000140.00014 42,88542,885 -7.08-7.08 실시예 7Example 7 (Na0 .9K0. 1)2MoO4 (Na 0.9 K 0. 1 ) 2 MoO 4 575575 1515 3.773.77 0.006980.00698 2,1492,149 -6.45-6.45 실시예 8Example 8 (Na0 .9K0. 1)2MoO4 (Na 0.9 K 0. 1 ) 2 MoO 4 600600 1515 3.933.93 0.004260.00426 3,5213,521 -9.36-9.36 실시예 9Example 9 (Na0 .9K0. 1)2MoO4 (Na 0.9 K 0. 1 ) 2 MoO 4 625625 1515 4.254.25 0.008210.00821 1,8271,827 -27.53-27.53 실시예 10Example 10 (Na0 .8K0. 2)2MoO4 (Na 0.8 K 0. 2 ) 2 MoO 4 575575 1515 4.674.67 0.002910.00291 5,1545,154 -3.08-3.08 실시예 11Example 11 (Na0 .8K0. 2)2MoO4 (Na 0.8 K 0. 2 ) 2 MoO 4 600600 1515 4.394.39 0.005560.00556 2,6982,698 -30.37-30.37 실시예 12Example 12 (Na0 .8K0. 2)2MoO4 (Na 0.8 K 0. 2 ) 2 MoO 4 625625 1515 3.953.95 0.002910.00291 3,5213,521 -9.67-9.67 실시예 13Example 13 (Na0 .7K0. 3)2MoO4 (Na 0.7 K 0. 3 ) 2 MoO 4 550550 1515 3.953.95 0.000980.00098 15,30615,306 -91.00-91.00 실시예 14Example 14 (Na0 .7K0. 3)2MoO4 (Na 0.7 K 0. 3 ) 2 MoO 4 575575 1515 3.763.76 0.005510.00551 2,7222,722 -15.05-15.05

구분division 조성Furtherance 소결조건
(℃-2h)
sintering conditions
(℃-2h)
밀도
(g/cc)
density
(g/cc)
열확산율
(mm2/s)
thermal diffusivity
(mm 2 /s)
비열
(J/K)
specific heat
(J/K)
상온열전도도
(W/m·K)
room temperature thermal conductivity
(W/m K)
비고
(증가율)
note
(increase rate)
비교예 4Comparative Example 4 Na2MoO4 Na 2 MoO 4 575575 2.6342.634 0.5140.514 0.7340.734 0.990.99 100%
(ref.)
100%
(ref.)
비교예 5Comparative Example 5 Na2MoO4 Na 2 MoO 4 600600 2.5852.585 0.5240.524 0.7560.756 1.021.02 102%102% 비교예 6Comparative Example 6 Na2MoO4 Na 2 MoO 4 625625 2.4502.450 0.6350.635 0.7510.751 1.161.16 116%116% 실시예 15Example 15 (Na0 .9K0. 1)2MoO4 (Na 0.9 K 0. 1 ) 2 MoO 4 575575 2.1532.153 0.9480.948 0.8640.864 1.761.76 176%176% 실시예 16Example 16 (Na0 .9K0. 1)2MoO4 (Na 0.9 K 0. 1 ) 2 MoO 4 600600 2.5442.544 0.7040.704 0.8620.862 1.481.48 148%148% 실시예 17Example 17 (Na0 .9K0. 1)2MoO4 (Na 0.9 K 0. 1 ) 2 MoO 4 625625 3.0083.008 0.7170.717 0.5710.571 1.231.23 123%123% 실시예 18Example 18 (Na0 .8K0. 2)2MoO4 (Na 0.8 K 0. 2 ) 2 MoO 4 575575 2.3282.328 0.3400.340 0.8290.829 0.660.66 66%66% 실시예 19Example 19 (Na0 .8K0. 2)2MoO4 (Na 0.8 K 0. 2 ) 2 MoO 4 600600 2.5572.557 0.3620.362 0.7640.764 0.710.71 71%71% 실시예 20Example 20 (Na0 .8K0. 2)2MoO4 (Na 0.8 K 0. 2 ) 2 MoO 4 625625 2.4182.418 0.4120.412 0.7620.762 0.760.76 76%76%

먼저, 표 2과 도 4~6을 참조하면, 본 발명 실시예 7~9에 따라 K 치환량이 0.1몰인 (Na0 .9K0. 1)2MoO4 조성물 시료는 3.77~4.25의 유전율을 보이며, 특히 소결온도 575~600℃ 구간에서 얻은 유전율은 3.77~3.93으로 순수 Na2MoO4 조성물(비교예 1~3)보다 크게 낮은 유전율 값을 얻음이 관찰된다. 특히, 본 발명 실시예 7~8에 따라 575~600℃ 구간에서 소결한 (Na0 .9K0. 1)2MoO4 조성물 시료는 -6.45~-9.36ppm/℃ 범위의 우수한 공진주파수 온도계수를 얻으며, 이는 상용 안테나용 필터나 공진기에서 요구되는 마이크로파 유전소자의 공진주파수 온도계수 범위인 ±10ppm/℃를 충분히 만족하는 값이다.First, referring to Table 2 and FIGS . 4 to 6, the K substitution amount of 0.1 mol (Na 0.9 K 0.1 ) 2 MoO 4 composition sample according to Examples 7 to 9 of the present invention shows a permittivity of 3.77 to 4.25 , especially in the range of sintering temperature of 575 ~ 600 ℃, the permittivity obtained was 3.77 ~ 3.93, pure Na 2 MoO 4 It is observed that significantly lower permittivity values are obtained than the compositions (Comparative Examples 1-3). In particular, the (Na 0.9 K 0.1 ) 2 MoO 4 composition sample sintered in the range of 575 to 600 ° C according to Examples 7 to 8 of the present invention has an excellent resonance frequency temperature coefficient in the range of -6.45 to -9.36 ppm / ° C is obtained, which is a value that sufficiently satisfies ±10ppm/° C., which is the range of the temperature coefficient of the resonance frequency of the microwave dielectric element required in a filter or resonator for a commercial antenna.

그리고, 본 발명 실시예 10~12에 따라 K 치환량이 0.2몰인 (Na0 .8K0. 2)2MoO4 조성물 시료에서는 유전율은 3.95~4.67로 다소 증가하는 추세이며, 유전손실은 순수 Na2MoO4 조성물(비교예 1~3)보다 훨씬 높아진 반면, 공진주파수 온도계수는 여전히 -3.1~-9.67ppm/℃ 범위의 안정된 특성을 보임이 관찰된다. And, according to Examples 10 to 12 of the present invention, the K substitution amount is 0.2 mol (Na 0.8 K 0. 2 ) 2 MoO 4 In the composition sample, the permittivity tends to increase somewhat from 3.95 to 4.67, and the dielectric loss is much higher than that of the pure Na 2 MoO 4 composition (Comparative Examples 1 to 3), while the temperature coefficient of the resonant frequency is still -3.1 to -9.67 ppm/℃. It is observed that it exhibits stable characteristics of the range.

한편, 앞서 표 1에 대해 살폈듯이, K 치환량의 증가 및/또는 소결온도의 증가에 따라, 내부 공존하는, 입방정 결정구조의 α상(α-Na2MoO4)에서 사방정 결정구조의 β상(β-Na2MoO4)으로의 상전이가 진행한다. On the other hand, as previously reviewed in Table 1, as the amount of K substitution and/or the sintering temperature increase, the internally coexisting α phase (α-Na 2 MoO 4 ) of the cubic crystal structure to the β phase of the orthorhombic crystal structure A phase transition to (β-Na 2 MoO 4 ) proceeds.

그리고 이와 관련하여 표 3과 도 7을 참조하면, K 치환량의 증가에 따라 상기 α상에서 β상으로의 상전이가 발전함으로써 밀도값과 열확산율이 변화함이 관찰되며, 이에 따라 특히 본 발명 실시예 15~17에 따른 본 발명 조성물 소결체에서 Na의 K 치환에 의한 열전도도의 증가는 순수 Na2MoO4 조성물 소결체(비교예 4) 대비 최소 123%에서 최대 176%에 이른다. 다만, 본 발명 실시예 18~20에 따라 K 치환량이 0.2몰인 조성물 소결체의 경우는 열전도도가 감소하는데, 이는 상대밀도의 감소와 연계된 열확산율의 감소에 기인한 것으로 분석된다.And in this regard, referring to Table 3 and FIG. 7, it is observed that the density value and the thermal diffusivity change as the phase transition from the α phase to the β phase develops as the amount of K substitution increases, and accordingly, in particular, Example 15 of the present invention In the sintered body of the composition of the present invention according to ~ 17, the increase in thermal conductivity by K substitution of Na ranges from a minimum of 123% to a maximum of 176% compared to the sintered body of the pure Na 2 MoO 4 composition (Comparative Example 4). However, in the case of the composition sintered body having a K substitution amount of 0.2 mol according to Examples 18 to 20 of the present invention, the thermal conductivity decreases, which is analyzed to be due to the decrease in thermal diffusivity associated with the decrease in relative density.

위의 본 발명 실시예들에 따라 제조된 본 발명 (Na1 - xKx)2MoO4 (x=0.01~0.2몰) 조성물은 대략 575~625℃ 범위의 초저온 영역대 소성에서 소결성이 우수하면서도, 유전율(εr)이 대략 3.77~4.67 범위, 유전손실(tanδ)이 대략 0.00291~0.00821 범위(@15GHz), 공진주파수 온도계수(τf)가 대략 -3.08~-30.37ppm/℃, 그리고 상온 열전도도(κ)가 대략 1.23~1.76W/mK 범위인 우수한 마이크로파 유전특성을 보인다.The present invention (Na 1 - x K x ) 2 MoO 4 (x = 0.01 ~ 0.2 mol) composition prepared according to the above embodiments of the present invention has excellent sinterability in the firing range of about 575 ~ 625 ° C. , dielectric constant (ε r ) in the range of approximately 3.77 to 4.67, dielectric loss (tanδ) in the range of approximately 0.00291 to 0.00821 (@15GHz), resonant frequency temperature coefficient (τ f ) approximately -3.08 to -30.37ppm/℃, and room temperature It shows excellent microwave dielectric properties with thermal conductivity (κ) ranging from about 1.23 to 1.76 W/mK.

그리고, 이러한 본 발명의 (Na,K)2MoO4 세라믹스 조성물은 통상의 후막공정으로 제조되고 그 위에 인쇄된 금속전극과 함께 대략 650℃ 이하의 초저온에서 동시소성됨으로써 고주파 소자로서 유리하게 적용될 수 있다. In addition, the (Na,K) 2 MoO 4 ceramic composition of the present invention can be advantageously applied as a high-frequency device by co-firing at a very low temperature of about 650 ° C. or less together with a metal electrode printed thereon and manufactured by a conventional thick film process. .

즉, 본 발명의 일 실시예에서, 본 발명의 (Na,K)2MoO4 세라믹스 조성물은 공지된 닥터 블레이드 등의 일반적인 후막공정에 따라 슬러리로 제조한 후, 이 슬러리로부터 하나의 그린 테이프로 제조하고 그 표면에 Au, Ag, Cu, Al 등 금속소재의 전극을 인쇄한 단일의 그린 테이프나, 또는 상기 슬러리로부터 복수의 그린 테이프로 제조하고 하나 이상의 상기 그린 테이프 표면에 상기 금속 소재의 전극을 인쇄하고 상기 복수의 그린 테이프를 적층한 그린 테이프 적층체를, 대략 650℃ 이하의 온도범위로 상기 금속 소재 전극과 함께 초저온 동시소성함으로써 고주파 소자용 세라믹 기판으로 유리하게 제조할 수 있다. That is, in one embodiment of the present invention, the (Na,K) 2 MoO 4 ceramic composition of the present invention is prepared as a slurry according to a general thick film process such as a known doctor blade, and then a green tape is prepared from the slurry and a single green tape in which electrodes of metal materials such as Au, Ag, Cu, Al, etc. are printed on the surface, or a plurality of green tapes are prepared from the slurry, and the electrodes of the metal material are printed on the surface of one or more of the green tapes A ceramic substrate for a high-frequency device can be advantageously manufactured by co-firing the green tape laminate in which the plurality of green tapes are stacked together with the metal electrode at a temperature of about 650° C. or lower.

이러한 고주파 소자에서 본 발명의 (Na,K)2MoO4 세라믹스 조성물은 마이크로파 주파수대에서 양호하게 낮은 유전율(εr) 및 유전손실(tanδ)을 가지면서도, 특히 안정된 공진주파수 온도계수(τf)와 크게 향상된 상온 열전도도(κ)를 제공한다.In such a high-frequency device, the (Na,K) 2 MoO 4 ceramic composition of the present invention has a low permittivity (ε r ) and dielectric loss (tan δ) in the microwave frequency band, particularly stable resonance frequency temperature coefficient (τ f ) and It provides greatly improved room temperature thermal conductivity (κ).

그리고, 본 발명의 (Na,K)2MoO4 세라믹스 조성물의 위와 같은 초저온의 소결온도는 통상적으로 사용되는 금속소재들 중에서도 제일 낮은 융점(660℃)을 갖는 Al 소재전극보다 무려 10℃ 이상이나 낮은 온도이고, Al과의 화학적 반응이 전혀 없이 Al 소재전극과 동시소성이 가능하여 호환성있게 고주파 소자용 기판으로서 실용화될 수 있다.In addition, the ultra-low temperature sintering temperature of the (Na, K) 2 MoO 4 ceramic composition of the present invention is 10 ° C or more lower than that of the Al material electrode having the lowest melting point (660 ° C) among commonly used metal materials. temperature, and co-fired with an Al material electrode without any chemical reaction with Al, so that it can be put into practical use as a substrate for high-frequency devices with compatibility.

이상, 상술된 본 발명의 구현예 및 실시예에 있어서, 조성분말의 평균입도, 분포 및 비표면적과 같은 분말특성과, 원료의 순도, 불순물 첨가량 및 소결 조건에 따라 통상적인 오차범위 내에서 다소 변동이 있을 수 있음은 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 지극히 당연하다. In the embodiments and examples of the present invention described above, the powder characteristics such as average particle size, distribution, and specific surface area of the powder composition, and the purity of the raw material, the amount of impurities added, and the sintering conditions vary somewhat within the usual error range. It is quite natural for those skilled in the art that this may exist.

아울러 본 발명의 바람직한 구현예 및 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경, 부가 등은 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다. In addition, preferred embodiments and embodiments of the present invention are disclosed for illustrative purposes, and anyone skilled in the art will be able to make various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention, and such modifications , changes, additions, etc. shall be regarded as belonging to the scope of the claims.

Claims (10)

고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물에 있어서,
조성식 (Na1 - xKx)2MoO4로 표현되되 상기 조성식의 상기 x는 0보다 크고 0.2 몰 이하의 범위인 조성을 갖는 고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물.
In the dielectric ceramic composition for high-frequency elements,
A dielectric ceramic composition for a high-frequency device having a composition represented by the composition formula (Na 1 - x K x ) 2 MoO 4 , wherein x in the composition formula is greater than 0 and is in the range of 0.2 mole or less.
제1항에 있어서,
상기 조성식의 상기 x는 0.01~0.2 몰의 범위인 고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물.
According to claim 1,
The dielectric ceramic composition for a high-frequency device in which the x in the composition formula is in the range of 0.01 to 0.2 mole.
제1항 또는 제2항에 있어서,
650℃ 이하에서 소결되어 고용체를 이루는 고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물.
According to claim 1 or 2,
A dielectric ceramic composition for a high-frequency device that is sintered at 650 ° C or less to form a solid solution.
제1항 또는 제2항에 의한 고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물의 마이크로파 유전특성의 제어방법에 있어서,
상기 마이크로파 유전특성은 공진주파수 온도계수(τf) 값 및 열전도도(κ) 값 중의 하나 이상이고, 상기 유전체 세라믹스 조성물은 내부에 입방정 결정구조의 α상과 사방정 결정구조의 β상이 공존하며,
상기 조성식에서 상기 x의 값을 상기 범위 내에서 변화시킴으로써 상기 유전체 세라믹스 조성물의 내부에서 상기 α상과 β상의 각 상대분율을 조절하고 상기 α상에서 상기 β상으로의 상전이의 정도를 조절하여 상기 마이크로파 유전특성을 제어하는 고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물의 마이크로파 유전특성의 제어방법.
In the method for controlling the microwave dielectric properties of the dielectric ceramic composition for a high-frequency device according to claim 1 or 2,
The microwave dielectric characteristic is at least one of a resonant frequency temperature coefficient (τ f ) value and a thermal conductivity (κ) value, and the dielectric ceramic composition has an α phase of a cubic crystal structure and a β phase of a tetragonal crystal structure coexisting therein,
By changing the value of x in the composition formula within the above range, the relative fraction of the α phase and β phase inside the dielectric ceramic composition is controlled, and the degree of phase transition from the α phase to the β phase is controlled to obtain the microwave dielectric A method for controlling microwave dielectric characteristics of a dielectric ceramic composition for high-frequency devices that controls characteristics.
제1항 또는 제2항에 의한 고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물의 마이크로파 유전특성의 제어방법에 있어서,
상기 마이크로파 유전특성은 공진주파수 온도계수(τf) 값 및 열전도도(κ) 값 중의 하나 이상이고, 상기 유전체 세라믹스 조성물은 내부에 입방정 결정구조의 α상과 사방정 결정구조의 β상이 공존하며,
상기 유전체 세라믹스 조성물의 소결 온도를 변화시킴으로써 상기 유전체 세라믹스 조성물의 내부에서 상기 α상과 β상의 각 상대분율을 조절하고 상기 α상에서 상기 β상으로의 상전이의 정도를 조절하여 상기 마이크로파 유전특성을 제어하는 고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물의 마이크로파 유전특성의 제어방법.
In the method for controlling the microwave dielectric properties of the dielectric ceramic composition for a high-frequency device according to claim 1 or 2,
The microwave dielectric characteristic is at least one of a resonant frequency temperature coefficient (τ f ) value and a thermal conductivity (κ) value, and the dielectric ceramic composition has an α phase of a cubic crystal structure and a β phase of a tetragonal crystal structure coexisting therein,
By changing the sintering temperature of the dielectric ceramic composition to control the relative fraction of the α phase and β phase inside the dielectric ceramic composition and to control the degree of phase transition from the α phase to the β phase to control the microwave dielectric characteristics A method for controlling microwave dielectric characteristics of a dielectric ceramic composition for high frequency devices.
제5항에 있어서,
상기 유전체 세라믹스 조성물의 소결 온도는 525~625℃의 온도범위 내에서 조절하는 고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물의 마이크로파 유전특성의 제어방법.
According to claim 5,
The sintering temperature of the dielectric ceramic composition is controlled within the temperature range of 525 ~ 625 ° C. Method for controlling the microwave dielectric properties of the dielectric ceramic composition for high frequency elements.
제1항 또는 제2항에 의한 고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물과 상기 유전체 세라믹스 조성물의 표면에 배치된 금속 전극을 포함하는 고주파 소자용 세라믹 기판.A ceramic substrate for a high frequency element comprising the dielectric ceramic composition for a high frequency element according to claim 1 or 2 and a metal electrode disposed on a surface of the dielectric ceramic composition. 고주파 소자용 세라믹 기판의 제조방법에 있어서,
제1항 또는 제2항에 의한 유전체 세라믹스 조성물의 슬러리로부터 단일 또는 복수의 그린 테이프를 형성하는 단계와;
상기 단일의 그린 테이프의 표면에 금속 전극을 배치하거나, 또는 상기 복수의 그린 테이프 중의 하나 이상의 표면에 금속 전극을 배치한 후 상기 복수의 그린 테이프를 적층하여 그린 테이프 적층체를 형성하는 단계와;
상기 단일의 그린 테이프 또는 상기 그린 테이프 적층체를 상기 금속 전극과 함께 650℃ 이하의 온도범위에서 동시소성하는 단계를 포함하는 고주파 소자용 세라믹 기판의 제조방법.
In the manufacturing method of a ceramic substrate for a high frequency element,
forming a single or a plurality of green tapes from the slurry of the dielectric ceramic composition according to claim 1 or 2;
disposing a metal electrode on a surface of the single green tape, or disposing a metal electrode on the surface of at least one of the plurality of green tapes, and then laminating the plurality of green tapes to form a green tape laminate;
and co-firing the single green tape or the green tape laminate together with the metal electrode in a temperature range of 650° C. or less.
제8항에 있어서,
상기 금속 전극의 소재는 Au, Ag, Cu 및 Al 중의 하나 이상인 고주파 소자용 세라믹 기판의 제조방법.
According to claim 8,
The material of the metal electrode is at least one of Au, Ag, Cu, and Al. Method of manufacturing a ceramic substrate for a high-frequency device.
제8항에 있어서,
상기 동시소성하는 상기 온도범위는 575~600℃의 온도범위로 조절하는 고주파 소자용 세라믹 기판의 제조방법.
According to claim 8,
The method of manufacturing a ceramic substrate for a high-frequency device in which the temperature range of co-firing is adjusted to a temperature range of 575 to 600 ° C.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105593526A (en) 2013-10-01 2016-05-18 依必安派特(圣格奥尔根)两合公司 Fan device and use of such a fan device

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. B. Synkiewicz 등, Acta Physica Polonica A, vol.134, no.1, p.322 (2018)
3. Achim Bittner 등, Proc. Eurosensors XXIV,September 5-8 (2010)
4. Achim Bittneret 등, Microelectronic Engineering 88, p.2977 (2011)
Милов Сергей Николаевич, МОДЕЛИРОВАНИЕ ФАЗОВЫХ ДИАГРАММ НЕКОТОРЫХ КОНДЕНСИРОВАННЫХ ТРЁХ- И ЧЕТЫРЁХКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ, САМАРА - 2020 1부.* *

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