KR100522726B1 - 세라믹 유전체 듀플렉서 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세라믹 성형체를 낮은 압력의 사출성형 공정으로 제조함으로써 세라믹 유전체 듀플렉서의 수율을 향상시키고; 세라믹 성형체의 밀도를 균일하게 하여 소성 후의 왜곡을 방지하며; 사출성형 공정을 통해 제조공정을 단순화시키고 제품간의 균일도를 높여 생산성을 향상시키고, 제품의 소형화에 기여할 수 있게 하는 세라믹 유전체 듀플렉서 제조방법에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은, a) 세라믹 원료분말을 가지고 펠릿을 만드는 단계와; b) 공진홀을 형성하기 위한 다수의 핀과 인쇄패턴과 같은 요철부를 갖는 상판을 구비하는 사출금형을 통해 상기 펠릿을 사출성형하여 세라믹 성형체를 성형하는 단계와; c) 상기 세라믹 성형체를 열처리하여 탈지하고 소성시켜 상기 세라믹 성형체를 세라믹 소체로 하는 단계와; d) 상기 세라믹 소체를 은전극 용액에 담가 도금하는 단계와; e) 상기 은전극의 부착력을 높이기 위해 상기 은전극 도금된 세라믹 소체를 열처리하는 단계와; f) 상기 세라믹 소체의 상면을 평면 연삭기로 연마하여 상기 세라믹 소체 상면의 전극패턴을 형성하는 단계와; g) 상기 세라믹 소체에 측면 전극단자를 형성하기 위해 상기 세라믹 소체 측면의 은전극을 연마하여 제거하고 스크린 인쇄법으로 측면 전극단자 패턴을 형성하는 단계를 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

Description

세라믹 유전체 듀플렉서 제조방법{Fabrication method of ceramic dielectric duplexers}

본 발명은 세라믹 유전체 듀플렉서 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 세라믹 성형체를 낮은 압력의 사출성형 공정으로 제조함으로써 세라믹 유전체 듀플렉서의 수율을 향상시키고; 세라믹 성형체의 밀도를 균일하게 하여 소성 후의 왜곡을 방지하며; 사출성형 공정을 통해 제조공정을 단순화시키고 제품간의 균일도를 높여 생산성을 향상시키고, 제품의 소형화에 기여할 수 있게 하는 세라믹 유전체 듀플렉서 제조방법에 관한 것이다.

당업자에게 잘 알여진 바와 같이, 듀플렉서(duplexer)는 안테나로부터 들어오는 신호로부터 필요한 부분만 통과시키는 수신필터와 안테나로 송신하는 신호만 통과시키는 송신필터를 동시에 수행하는 기능을 가진 송수신 일체형 필터이다. 유전체 세라믹을 이용하는 듀플렉서는 비교적 소형화가 가능하고, 대전력화, 양산성 면에서 단말기와 기지국, 중계기용으로 적합하다고 알려져 있다. 이와 같은 세라믹 듀플렉서는 이동통신 단말기 및 기지국의 RF단의 핵심부품으로 이동통신 시장의 확대와 더불어 그 중요성이 날로 높아지고 있다.

상기와 같은 세라믹 듀플렉서는 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이 다수의 관통 구멍, 즉 공진홀(102)을 갖는 일체형(monoblock type 혹은 single block type) 세라믹 듀플렉서가 일반적으로 사용되고 있다. 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같은 종래의 세라믹 듀플렉서의 구조는 미국특허 4,692,726 및 4,742,562, 그리고 대한민국공개특허공보 공개번호 10-2001-0019138에 개시되어 있다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 종래의 세라믹 듀플렉서에 형성된 미세한 다수의 공진홀(102), 즉 관통공은 하나의 공진기 역할을 한다. 도 1a 및 도 1b에서 세라믹 소체(101)의 상부에 형성된 상면전극패턴(103)은 공진기와 공진기 간의 결합 커패시터로 작용한다. 세라믹 듀플렉서는 다수의 공진기를 병렬로 결합하여 원하는 필터특성을 구현한다. 도 1a 및 도 1b에서 미설명된 도면부호 104는 측면전극단자이고, 105는 전극이다.

도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같은 세라믹 듀플렉서를 제조하는 종래 공정의 일실시예를 도 2에 개략적으로 나타내 보였다.

도 2를 참조하면, 종래의 세라믹 유전체 듀플렉서를 제조하는 공정의 일실시예는, 세라믹 원료분말을 구상화(spray drying)한 후(S11)(S12), 이를 가압 성형하고 소결하여 세라믹 소체(101), 즉 유전체 블록을 제조한 다음(S13)(S14), 상기 유전체 블록을 전극(105) 물질로 도금하고(S15), 유전체 블록의 상면 및 측면 전극(103)(104) 형성을 위해 상기 도금 전극의 제거를 위한 연마를 하고(S16), 그 다음 세라믹 소체(101) 상면 및 측면에 전극패턴(103)(104)을 형성하기 위하여 스크린 인쇄법으로 전극패턴을 도포한다(S17)(S18).

그런데, 상기와 같은 종래 세라믹 유전체 듀플렉서의 제조공정에는 다음과 같은 문제점들이 있었다.

첫째, 공진홀(102)들이 여러개 있는 세라믹 블록(101)을 가압성형하기 위하여 미세한 핀(미도시)을 세로방향으로 이용하는 금형을 이용한다. 특히, 최근 휴대전화기의 소형화의 요구에 부응하여 세라믹 듀플렉서도 소형화가 급속도로 진전되고 있다. 듀플렉서의 소형화와 병행하여 세라믹 소재를 가공하는 금형의 소형화에 따라 공진홀(102)을 형성하는 핀의 치수도 작아지게 된다. 이 때 가압방향과 평행한 핀들이 성형시 높은 압력에 의해 휘어지거나 심한 경우 부러지는 경우가 종종 발생한다. 가압성형시 성형체의 밀도를 높이기 위해서는 가하는 압력이 1000~2000kg/cm² 정도로 높기 때문이다.

둘째, 부품의 소형화와 더불어 가압성형에 의해 제조되는 성형체를 소결하면 세라믹 소체의 소성왜곡 가능성이 높아진다. 그 이유는 가로 대 높이의 형상비가 클수록 성형시 수직방향의 높이에 따른 국부적인 압력차이로 소결시 수축율의 차가 발생하기 때문이다. 따라서 소형화에 따라 생산수율이 낮아지는 문제가 심각하게 발생한다.

셋째, 상부전극(103)을 인쇄 도포법으로 형성할 경우 패턴의 선폭이나 간격이 미세할 경우(예를 들어 0.1mm 정도)에 선폭의 정밀도가 불량해지고, 시편과 시편사이에서 균일성이 낮고, 공진홀(102)과 패턴(103)의 정렬 정밀도에도 산포도가 높아지는 문제가 발생한다. 상부 전극패턴(103)은 공진기의 결합특성을 좌우하기 때문에 공진홀(102)과의 간격이나 패턴(103)의 크기 및 상호간격은 회로의 정전용량 값에 영향을 미쳐 전반적으로 필터 특성에 영향을 준다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 세라믹 성형체를 낮은 압력의 사출성형 공정으로 제조함으로써 세라믹 듀플렉서의 수율을 향상시키고; 세라믹 성형체의 밀도를 균일하게 하여 소성 후의 왜곡을 방지하며; 사출성형 공정을 통해 제조공정을 단순화시키고 제품간의 균일도를 높여 생산성을 향상시키고, 제품의 소형화에 기여할 수 있게 하는 세라믹 유전체 듀플렉서 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 세라믹 유전체 듀플렉서 제조방법은, a) 세라믹 원료분말을 가지고 펠릿을 만드는 단계와; b) 공진홀을 형성하기 위한 다수의 핀과 인쇄패턴과 같은 요철부를 갖는 상판을 구비하는 사출금형을 통해 상기 펠릿을 사출성형하여 세라믹 성형체를 성형하는 단계와; c) 상기 세라믹 성형체를 열처리하여 탈지하고 소성시켜 상기 세라믹 성형체를 세라믹 소체로 하는 단계와; d) 상기 세라믹 소체를 은전극 용액에 담가 도금하는 단계와; e) 상기 은전극의 부착력을 높이기 위해 상기 은전극 도금된 세라믹 소체를 열처리하는 단계와; f) 상기 세라믹 소체의 상면을 평면 연삭기로 연마하여 상기 세라믹 소체 상면의 전극패턴을 형성하는 단계와; g) 상기 세라믹 소체에 측면 전극단자를 형성하기 위해 상기 세라믹 소체 측면의 은전극을 연마하여 제거하고 스크린 인쇄법으로 측면 전극단자 패턴을 형성하는 단계를 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 b) 단계에서 상기 세라믹 성형체에는 상기 사출금형의 다수의 핀에 의해 공진홀이 형성되고, 상기 사출금형의 요철부를 갖는 상판에 의해 요철패턴이 형성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 펠릿은 상기 세라믹 원료분말에 40~50 체적백분율의 유기물이 첨가되어 제조되는 것으로, 상기 유기물은 60~70 체적백분율의 유기결합체와, 20~40 체적백분율의 이차결합제, 4~6 체적백분율의 가소제, 1~5 체적백분율의 계면활성제로 이루어지고, 상기 펠릿은 상기 세라믹 원료분말과 상기 유기물을 모두 용매에 녹여 교반한 다음 용매를 제거하여 만들어진다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 f) 단계에서 연마시 상기 세라믹 소체 상면의 철(凸)부상에 형성된 은 전극은 제거되고, 요(凹)부상에 형성된 은 전극은 잔존하여 소정의 상면 전극패턴을 형성한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 요철부의 높이는 0.05~0.5mm이고, 상기 은전극의 도금 두께는 5~20㎛이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 세라믹 유전체 듀플렉서 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.

도 3은 본 발명에 따른 세라믹 유전체 듀플렉서 제조방법의 흐름도이고, 도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명에 따른 세라믹 유전체 듀플렉서 제조방법에 의해 제조된 세라믹 유전체 듀플렉서의 사시도 및 단면도이다.

먼저, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 세라믹 유전체 듀플렉서 제조방법은, 세라믹 원료분말을 적절한 고분자재료와 혼합하여 펠릿을 만든 다음 사출금형을 통해 세라믹 블록(201)을 성형한다(S21)(S22)(S23). 상기 펠릿은 상기 세라믹 원료분말에 40~50 체적백분율의 유기물을 첨가시켜 바람직하게 만들어지는 데, 상기 첨가되는 유기물은 60~70 체적백분율의 유기결합체와 20~40 체적백분율의 이차결합제와 4~6 체적백분율의 가소제와 1~5 체적백분율의 계면활성제로 바람직하게 이루어진다. 궁극적으로, 상기 펠릿은 상기 세라믹 원료분말과 상기 유기물을 모두 용매에 녹여 교반한 다음 용매를 제거하여 만들 수 있다. 상기 사출금형은 다수의 핀과 인쇄패턴과 유사한 요철(凹凸)부(206a)(206b)를 가진 상판으로 구성된다. 따라서, 세라믹 성형체(201)는 공진홀(202)과 요철(凹凸) 패턴(206a)(206b)을 갖는다. 상부 요철(凹凸)부(206a)(206b)의 높이는 0.05~0.5mm 가 되도록 사출금형을 제작하는 것이 바람직하다. 사출방법으로 성형된 세라믹 블록(201)을 열처리하여 탈지와 소성공정을 거쳐 세라믹 소체(201)를 제작한다(S24). 상기 세라믹 소체(201)를 은전극(205) 용액에 담가 도금한 다음 열처리하여 은전극(205)의 부착력을 높인다(S25). 이때 은전극(205)의 두께는 5~20㎛ 정도로 도포하는 것이 바람직하다. 상면의 전극패턴(203)을 형성하기 위하여 상면을 평면 연삭기로 연마한다(S26). 이때 철(凸)(206b)부의 전극은 제거되고 요(凹)부(206a)의 전극만 남아 원하고자 하는 듀플렉서의 전극패턴(203)을 얻을 수 있다. 상면 전극패턴(203)을 형성한 다음, 소정의 스크린 인쇄법으로 측면 단자패턴(204)을 형성한다(S27).

상기한 본 발명에 따른 세라믹 유전체 듀플렉서 제조방법의 실제적인 예를 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

유전율이 37 정도인 세라믹 원료분말에 적정량의 유기결합제, 이차결합제, 가소제, 계면활성제, 윤활제, 용매를 첨가하여 교반기에서 약 24시간 동안 혼합한다(S21). 혼합된 수지상태의 가소성 소지를 냉각한 다음 미세한 크기로 절단한 후 사출기에 넣어 가열하면서 소지가 가소성을 갖게 한 다음, 사출금형에 300kg/cm²의 압력으로 가압하여 점성유동과 함께 세라믹 소지가 사출금형에서 사출하여 도 3과 같은 형상의 세라믹 블럭(201)을 성형한다(S22)(S23).

상기와 같은 방법으로 제작한 성형체(201)의 크기는 일례로 2.28x15.9x8.46mm였으며, 도 3에 도시한 바와 같이 직경이 0.5mm인 세공이 8개 형성되었다. 동시에 상면은 도 3에 도시한 바와 같은 요철(凹凸) 형상을 갖도록 제작된 금형을 이용하여 요철(凹凸) 형상(206a)(206b)을 성형시에 형성하였다.

사출된 성형체(201)에 혼합된 가소성 수지를 제거하기 위하여 400℃에서 48시간동안 열처리하여 탈지과정을 거친 다음, 1320℃에서 2시간 동안 소성하여 세라믹 소체(201)를 제작하였다(S24). 소성후 소체의 크기는 약 1.78x12.4x6.6mm로 수축되었다.

세라믹 소체(201)를 은전극(205) 페이스트(paste)에 디핑(dipping) 방법으로 도포하고 열처리하는 과정을 반복하여 두께가 약 10㎛이 되게 소체의 모든 표면에 은 전극(205)을 도금하고 열처리하였다(S25).

그 다음 상면의 전극패턴(203)을 형성하기 위하여 상부의 철(凸)부(206b)를 연마하여 요(凹)부(206a)의 전극만 남겨 전극패턴(203)을 형성하였다. 그 다음 측면에 단자(204)를 형성하기 위해 측면의 은전극(205)을 연마하여 제거하고 종래기술에서와 같이 스크린 인쇄법으로 측면 단자 패턴(204)을 형성하였다. 이와 같이 제작된 듀플렉서의 특성을 네트워크 분석기(network analyser)로 분석한 결과를 표 1에 나타내 보였다.

표 1 : 본 발명의 방법과 종래의 방법으로 제조한 듀플렉서의 특성비교

측정항목			비교시편	본 발명에 의한 시편
송신대역	중심주파수(MHz)		1765
	대역폭(MHz)	평균값	78.2	72.6
		표준편차	16.4	9.3
	삽입손실(dB)	평균값	2.51	2.48
		표준편차	0.53	0.28
수신대역	중심주파수(MHz)		1855
	대역폭(MHz)	평균값	73.1	65.3
		표준편차	15.0	12.1
	삽입손실(dB)	평균값	2.96	2.87
		표준편차	0.82	0.49

표 1은 종래의 방법과 본 발명의 방법으로 각각 20개씩의 듀플렉서를 제작하여 그 특성을 비교한 것이다. 비교시료는 도 1a,b 및 도 2에 도시한 바와 같은 종래 방법의 건식 가압법으로 세라믹 소체(101)를 성형하고, 인쇄도포법으로 상부 전극패턴(103)을 형성하여 제작한 것이다. 측정대상 시료들의 중심주파수는 부품의 높이를 조절하여 동일하도록 제조하였다. 종래의 방법으로 제조한 듀플렉서보다 본 발명의 방법으로 제조한 시편들의 대역폭과 삽입손실 특성의 표준편차가 작게 나타났음을 표 1을 통해 알 수 있다. 이는 제품간의 편차가 보다 작다는 것을 의미하고, 그 이유는 스크린 인쇄법으로 형성한 전극패턴의 편차가 본 발명의 요철성형에 의한 방법보다 크기 때문이다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 세라믹 유전체 듀플렉서 제조방법은, 세라믹 성형체를 낮은 압력의 사출성형 공정으로 제조함으로써 세라믹 듀플렉서의 수율을 향상시키고; 세라믹 성형체의 밀도를 균일하게 하여 소성 후의 왜곡을 방지하며; 사출성형 공정을 통해 제조공정을 단순화시키고 제품간의 균일도를 높여 생산성을 향상시키고, 제품의 소형화에 기여할 수 있게 하는 이점을 제공한다.

한편, 본 발명에 따른 제조방법을 효과적인 측면에서 종래방법과 비교하면 다음과 같다.

첫째, 종래의 건식가압 성형법으로 미세한 세공을 다수 가진 세라믹 성형체를 생산하는 공정에서 금형 핀의 변형이나 부러지는 문제가 대폭 개선된다. 왜냐하면 압출공정에서는 성형압력이 1000~2000kg/cm² 으로 높은 편이나, 사출성형 공정에서는 가소성 소지를 사출하는 압력이 300kg/cm² 으로 훨씬 낮고, 세라믹 가소성 소지의 마찰력이 건식분말 원료를 사용하는 경우보다 작기 때문이다.

둘째, 건식가압방법으로 성형한 성형체는 부품이 작아짐에 따라 폭 대 깊이의 비가 증가하여 성형체의 밀도 구배가 높아지게 된다. 이러한 밀도의 불균일은 소성 후 소체의 뒤틀림으로 나타나게 되나 사출성형에 의해 제조된 세라믹 성형체는 부품이 소형화되더라도 가소성 소지의 밀도가 균일하여 소성 후 왜곡 문제가 거의 없게 된다.

셋째, 사출 성형법으로 세라믹 상부의 요철(凹凸) 패턴을 형성하고 전극을 전체 도금한 다음 상부 철(凸)부를 연마함으로서 상부전극패턴을 형성함으로써 종래의 스크린 인쇄법으로 전극패턴을 형성하는 방법보다 공정이 간단하고 제품간의 균일도가 높아져 생산성이 향상된다.

넷째, 본 발명의 요철 패턴의 깊이를 조절하여 중심주파수를 변경하지 않고도 공진홀의 길이를 짧게 할 수 있어서 종래방법보다 부품의 소형화에 유리하다.

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 1a 및 도 1b는 각각 종래기술에 의해 제조된 세라믹 유전체 듀플렉서의 사시도 및 단면도.

도 2는 종래기술에 의한 세라믹 유전체 듀플렉서 제조방법의 흐름도.

도 3은 본 발명에 따른 세라믹 유전체 듀플렉서 제조방법의 흐름도.

도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명 방법에 의해 제조된 세라믹 유전체 듀플렉서의 사시도 및 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

201 : 세라믹 블록, 세라믹 성형체, 세라믹 소체

202 : 공진홀

203 : 상면 전극패턴(상면 전극단자)

204 : 측면 전극패턴(측면 전극단자)

205 : 은 전극

Claims (5)

1. 세라믹 유전체 듀플렉서 제조방법에 있어서,

   a) 세라믹 원료분말을 가지고 펠릿을 만드는 단계;

   b) 공진홀을 형성하기 위한 다수의 핀과 인쇄패턴과 같은 요철부를 갖는 상판을 구비하는 사출금형을 통해 상기 펠릿을 사출성형하여 세라믹 성형체를 성형하는 단계;

   c) 상기 세라믹 성형체를 열처리하여 탈지하고 소성시켜 상기 세라믹 성형체를 세라믹 소체로 하는 단계;

   d) 상기 세라믹 소체를 은전극 용액에 담가 도금하는 단계;

   e) 상기 은전극의 부착력을 높이기 위해 상기 은전극 도금된 세라믹 소체를 열처리하는 단계;

   f) 상기 세라믹 소체의 상면을 평면 연삭기로 연마하여 상기 세라믹 소체 상면의 전극패턴을 형성하는 단계;

   g) 상기 세라믹 소체에 측면 전극단자를 형성하기 위해 상기 세라믹 소체의 측면의 은전극을 연마하여 제거하고 스크린 인쇄법으로 측면 전극단자 패턴을 형성하는 단계를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 세라믹 유전체 듀플렉서 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 b) 단계에서 상기 세라믹 성형체에는 상기 사출금형의 다수의 핀에 의해 공진홀이 형성되고, 상기 사출금형의 요철부를 갖는 상판에 의해 요철패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 유전체 듀플렉서 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 펠릿은 상기 세라믹 원료분말에 40~50 체적백분율의 유기물이 첨가되어 제조되는 것으로,

   상기 유기물은 60~70 체적백분율의 유기결합체와, 20~40 체적백분율의 이차결합제, 4~6 체적백분율의 가소제, 1~5 체적백분율의 계면활성제로 이루어지고,

   상기 펠릿은 상기 세라믹 원료분말과 상기 유기물을 모두 용매에 녹여 교반한 다음 용매를 제거하여 만들어지는 것을 특징으로 하는 세라믹 유전체 듀플렉서 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 f) 단계에서 연마시 상기 세라믹 소체 상면의 철(凸)부상에 형성된 은전극은 제거되고, 요(凹)부상에 형성된 은전극은 잔존하여 소정의 상면 전극패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 세라믹 유전체 듀플렉서 제조방법.
5. 제1항 내지 제4항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 요철부의 높이는 0.05~0.5mm이고, 상기 은전극의 도금 두께는 5~20㎛인 것을 특징으로 하는 세라믹 유전체 듀플렉서 제조방법.