KR960011351B1 - 저온소결 페라이트의 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

저온소결 페라이트의 제조방법

본 발명은 저온소결 페라이트의 제조방법에 관한 것으로, 특히 하소된 페라이트 분말에 별도로 혼합 및 열처리를 행한 저온소결용 액상형성조제를 첨가하여 소결함으로써 저온소결이 가능하면서도 내부전극과의 반응이 없는 페라이트 소결체를 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근, 컴퓨터산업 및 전자통신산업등에 사용되는 주요부품들은 전자회로의 집적화, 고성능화에 대응하기 위하여 소형화 및 칩(chip)화의 추세로 나아가고 있으며, 이를 수용하기 위하여 표면실장기술(SMT)의 이용이 날로 확대되고 있는 실정이다.

이와 같은 칩화되고 있는 많은 전자부품중에서 페라이트를 사용하고 있는 부품의 수가 증가되고 있는데, 페라이트를 사용하고 있는 부품의 대표적인 예로는 노이즈필터(noise filter), 인덕터(inductor) 등이 알려지고 있다.

페라이트는 그 조성에 따라 다소의 차이가 있긴 하나 대략 1200∼1300℃ 온도에서의 소결을 통해 제조되고 있다.

한편, 페라이트 재료를 사용하고 칩부품을 제작함에 있어서는 페라이트 내부로 전극이 통과하여야 하므로 페라이트의 조성과 소결조건등은 전극의 선정에 매우 중요한 역할을 하게 된다.

칩부품의 제조를 위해 전극과 세라믹을 동시에 소성하는 경우로서 우수한 전기적 특성을 갖는 칩부품을 얻기 위해서는 다음과 같은 문제점이 고려되어야 한다.

첫째, 내부전극의 산화환원반응으로 인한 부피변화로 전기전도성과 구조적 결함의 발생, 화학반응등의 문제점.

둘째, 동시소결시 전극과 세라믹간의 수축율 차이로 인한 박리(delamination)의 문제점.

셋째, 내부전극과 세라믹간의 화학반응으로 인한 계면에서의 새로운 상의 생성이나 상호확산으로 인한 특성 저하의 문제점.

페라이트 칩인덕터등의 내부전극으로 사용되는 금속의 종류로는 값이 저렴한 Ni, Cu, Pb/Sn 등과 고가의 귀금속인 Au, Ag, Pt, Pd, Ag-Pd 등이 있다.

이러한 종래의 내부전극용 금속의 특성을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, Ni, Cu는 녹는 점(melting point)이 각각 1453℃ 및 1083℃로서 값이 저렴하다는 장점 이외에 Ni은 고온에서, 그리고 Cu는 저온에서 소결하여 제조되는 부품의 내부전극으로 사용될 수 있다는 잇점을 지니고 있다.

그러나, 이러한 장점에도 불구하고 이들 두 금속은 산화성이 매우 낮아 소결시 Ni의 경우 산소의 분압을 10^-9atm 이하로 낮추어야 하고, Cu의 경우 산소의 분압을 10^-5atm 이하로 제어하여야 하는 제조공정상의 어려움때문에 널리 사용되고 있지 못한 형편이다.

다음, Pb/Sn 합금의 값은 비교적 저렴하거나 세라믹과의 젖음성(wettability)이 좋지 않기 때문에 전극의 단락이나 제품의 신뢰성면에서 문제점을 지니고 있다.

Au와 Pt를 함유한 전극은 가격이 비싸기 때문에 고전압 캐패시터(high-voltage capacitor) 등의 특별한 경우에만 한정적으로 사용되고 있다.

Ag/Pd 전극은 Pd의 함량에 따라 넓은 소결온도 범위를 가지면 Pd가 Ag의 이동(migration)을 억제시키는 잇점은 있으나 Pd이 첨가로 인해 전극의 전기적 특성이 떨어지고 Pd의 산화시 부피변화에 의한 박리(delamination), 기공(porosity) 및 미세균열(microcrack)등의 문제가 발생한다.

Ag는 전기저항이 낮아 전기전도도가 우수하고 내산화성이 뛰어나 소결시 분위기를 제어해야 하는 공정상의 어려움도 피할 수 있을 뿐만 아니라 가격면에서도 비교적 저렴하여 페라이트 칩부품의 내부전극으로 많이 사용되고 있다.

그러나 Ag는 녹는점이 961℃이기 때문에 동시소성하는 세라믹계의 소결온도가 920℃ 이하이어야 한다는 제약이 따르고 있다.

이와 같은 이유때문에 900℃근방에서 소결되는 페라이트 부품의 제조를 위해서는 통상 저온에서 액상을 형성시킬 수 있는 조제를 첨가하여 소결하는 방법이 행해지고 있다.

가장 널리 쓰이고 있는 소결조제로는 CuO와 Bi₂O₃등을 들수 있으며, 이러한 CuO나 Bi₂O₃를 약 5wt% 정도 첨가하여 소결하게 되면 900∼920℃ 부근에서 치밀한 페라이트 소결체를 얻을 수 있다.

그러나, Bi₂O₃의 경우에는 내부전극으로 사용되는 Ag와 반응하여 Ag를 이동시키기 때문에 칩부품 제조시에는 사용이 불가능하다는 단점을 지니고 있다.

따라서, 본 발명은 소결조제인 Bi₂O₃가 단독으로 사용되는 경우 은(Ag)전극과 반응을 일으킴으로써 초래되는 상기의 문제점을 해결하기 위하여 액상형성조제로서 Bi₂O₃에 다른 산화물을 혼합하여, 열처리함으로써 안정한 상을 형성한 후, 이 액상형성조제를 하소된 페라이트 분말에 첨가하여 소결함에 의해 내부전극인 Ag와의 반응이 방지되도록 한 저온소결 페라이트의 제조방법을 제공하는데 발명의 목적이 있다.

본 발명은 Bi₂O₃에 CeO₂, ZrO₂, TiO₂, SrO, SiO₂, MgO, CuO, CaO, BaO, Al₂O₃, SnO 등의 산화물을 적절한 비율로 혼합하여 이를 열처리함으로써 안정한 상으로 형성한 액상형성조제를 하소를 행한 페라이트 분말에 첨가하여 소결하는 데에 기술적 특징이 있다.

이때, 상기 Bi₂O₃와 함께 저온소결용 액상형성조제를 구성하는 산화물의 분율은 상태도상에서 액상선(liquidus)의 온도가 750∼850℃ 사이의 조성이 바람직하다.

한편, 본 발명자들은 같은 조성을 따라 열처리하지 않고 함께 페라이트 분말과 혼합소결한 때에는 소결은 같은 정도로 진행되지만 내부전극과의 반응이 심해지는 것을 발견하였고, 이에 따라 본 발명에서 액상 형성조제를 페라이트 분말과는 별도로 열처리하고 있다.

이와 같이 페라이트 분말과 소결조제를 함께 소결한 경우 내부전극과의 반응이 심화되는 이유는 Bi₂O₃의 융점이 너무 낮기 때문에 소결이 진행되기 전에 미리 내부전극과의 반응이 시작되기 때문인 것으로 밝혀졌다.

본 발명의 액상형성조제인 Bi₂O₃와 다른 산화물의 혼합조성은 상태도에서 액상선온도가 750∼850℃ 정도가 바람직한데, 그 이유는 액상선온도가 낮을수록(750℃ 이하) 소결성은 증진되나 내부전극과의 반응이 심해지고, 온도가 너무 높으면(850℃ 이상) 내부전극과의 반응은 억제되나 소결성이 떨어지기 때문이다.

본 발명은 저온소결이 가능하고, 내부전극인 Ag와 반응하지 않으며 우수한 전기적 특성을 나타냄에 따라 셀룰라폰(cellura phone) 등에 사용되는 EMI 노이즈필터의 재료로 적합하다.

본 발명의 구체적인 제조공정과 본 발명의 방법에 의해 제조된 저온소결 페라이트의 제반특성을 다음의 실시예를 통하여 보다 명확하게 이해될 것이다.

실시예 1

NiO, ZnO, Fe₂O₃를 각각 Ni_0.3Zn_0.7Fe₂O₄조성에 맞추어 평량한 후 24시간 습식혼합을 하였다. 혼합 후 건조한 분말을 대기중에서 900℃, 2시간 하소하였다. Bi₂O₃와 CeO₂를 아래의 표 1과 같은 분율로 평량하여 같은 방법으로 혼합한 후 건조하여 600℃에서 2시간 하소하여 산화물고용체를 형성시켰다. 산화물의 분율은 상태도에서 액상선온도가 700∼900℃인 범위에서 선정하였다. 하소된 페라이트 분말에 대하여 산화물고용체 분말을 1∼10wt%첨가하여 혼합한 후 600kg/㎠의 압력을 가하여 외경 3㎝, 내경 2.3㎝, 두께 2㎜의 토로이드(toroid)형 성형체로 성형한 후 900℃에서 2시간 소결하였다. 소결체에 에나멜선을 20회 감은 후 LCR미터(HP 4262A)를 사용하여 100KHz에서의 인덕턴스를 측정하고 계산에 의하여 100KHz에서의 투자율을 얻었다. Ag 전극과의 반응여부를 판단하기 위해서 같은 조건으로 직경 1.5㎝, 두께 2㎜의 디스크형 성형체를 제조한 후 그 위에 Ag 전극을 도포하고 다시 혼합분말을 충진하여 전체 두께가 4㎜인 성형체를 제조하였다. 이것을 같은 조건에서 동시소성하고 파단면을 주사전자현미경으로 관찰하여 내부에 형성시킨 Ag 전극의 잔류여부를 판단하였다. 소결체 시편에 대한 측정결과는 표 1에 나타나 있다.

전극이 반응, 이동한 시편은 전극이 형성되어 있던 부분이 공동으로 남아 있던 부분이 동공으로 남아 있었다.

실시예 2

상기 실시예 1과 같은 페라이트 조성을 사용하여 같은 방법로 제조 및 측정을 행하였다. 저온소결용 액상형성조제로는 Bi₂O₃와 TiO₂를 사용하였다.

실시예 3

상기 실시예 1과 같은 페라이트 조성을 사용하여 같은 방법로 제조 및 측정을 행하였다. 저온소결용 액상형성조제로는 Bi₂O₃와 SiO₂를 사용하였다.

실시예 4

상기 실시예 1과 같은 페라이트 조성을 사용하여 같은 방법으로 제조 및 측정을 행하였다. 저온소결용 액상형성조제로는 Bi₂O₃와 BaO를 사용하였다.

실시예 5

상기 실시예 1과 같은 페라이트 조성을 사용하여 같은 방법으로 제조 및 측정을 행하였다. 저온소결용 액상형성조제로는 Bi₂O₃와 SnO를 사용하였다.

실시예 6

상기 실시예 1과 같은 페라이트 조성을 사용하여 같은 방법으로 제조 및 측정을 행하였다. 저온소결용 액상형성조제로는 Bi₂O₃와 ZrO₂를 사용하였다.

실시예 7

상기 실시예 1과 같은 페라이트 조성을 사용하여 같은 방법으로 제조 및 측정을 행하였다. 저온소결용 액상형성조제로는 Bi₂O₃와 CuO를 사용하였다.

실시예 8

상기 실시예 1과 같은 페라이트 조성을 사용하여 같은 방법으로 제조 및 측정을 행하였다. 저온소결용 액상형성조제로는 Bi₂O₃와 Al₂O₃를 사용하였다.

실시예 9

상기 실시예 1과 같은 페라이트 조성을 사용하여 같은 방법으로 제조 및 측정을 행하였다. 저온소결용 액상형성조제로는 Bi₂O₃와 SrO를 사용하였다.

실시예 10

상기 실시예 1과 같은 페라이트 조성을 사용하여 같은 방법으로 제조 및 측정을 행하였다. 저온소결용 액상형성조제로는 Bi₂O₃와 CaO를 사용하였다.

실시예 11

상기 실시예 1과 같은 페라이트 조성을 사용하여 같은 방법으로 제조 및 측정을 행하였다. 저온소결용 액상형성조제로는 Bi₂O₃와 MgO를 사용하였다.

비교예

비교을 위하여 상기 실시예 1에서 10까지 사용된 Bi₂O₃와 다른 산화물을 따로 열처리하지 않고 하소처리된 페라이트 분말을 5wt%씩 첨가하여 동일한 방법으로 제조 및 측정을 행하였다.

Claims (3)

1. 하소된 페라이트 분말에 Bi₂O₃와 다른 산화물을 혼합하여 열처리하여 안정한 상을 형성시킨 액상형성조제를 첨가하여 소결함을 특징으로 하는 저온소결 페라이트의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 액상형성조제의 Bi₂O₃와 다른 산화물의 분율은 상태도상 액상선온도가 750∼850℃ 사이인 조성인 것을 특징으로 하는 저온소결 페라이트의 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 다른 산화물은 CeO₂, ZrO₂, TiO₂, SrO, SiO₂, MgO, CuO, CaO, BaO, Al₂O₃또는 SnO인 것을 특징으로 하는 저온소결 페라이트의 제조방법.