KR100609383B1 - Dielectric ceramics composition with high dielectric coefficient microwave for low temperature sintering and preparing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저온소결용 저손실 고주파 유전체 세라믹스 조성물에 관한 것으로서, 상기 조성물은 BaO-Sm2O3-4TiO2-xB2O3-yCuO으로 표시되고, 이 때 조성물 전체에 대한 B2O3 및 CuO의 몰%인 x 및 y는 각각 5.0몰％≤x ≤20.0몰％ 및 5.0몰％≤y ≤20.0몰％의 범위의 값을 가진다. The present invention relates to a low loss high frequency dielectric ceramic composition for low temperature sintering, wherein the composition is represented by BaO-Sm 2 O 3 -4TiO 2 -xB 2 O 3 -yCuO, wherein B 2 O 3 and CuO for the whole composition X and y, which are mole% of, have values in the range of 5.0 mol% ≤ x ≤ 20.0 mol% and 5.0 mol% ≤ y ≤ 20.0 mol%, respectively.
본 발명의 저온소결용 마이크로파 유전체 조성물은 900℃ 이하의 낮은 온도에서 소결이 가능하고, 60 이상의 높은 유전율, 3500 이상의 높은 품질계수(Q x f) 및 -14.2 ~ -9.3 ppm/℃의 범위의 안정된 공진주파수 온도계수(τf)를 가지며, 전극으로 사용되는 Ag와 반응성이 없다. The low temperature sintered microwave dielectric composition of the present invention is capable of sintering at a low temperature of 900 ° C. or lower, high dielectric constant of 60 or more, high quality factor of 3500 or more, and stable resonance in a range of -14.2 to -9.3 ppm / ° C. It has a frequency temperature coefficient τ f and is not reactive with Ag used as an electrode.
본 발명의 조성물은 900℃ 이하 저온에서 소결되면서도 우수한 유전특성을 갖는 유전체로써 저온소결용 고주파 유전체 세라믹스 부품재료로서 사용될 수 있다. The composition of the present invention can be used as a high-frequency dielectric ceramic component material for low temperature sintering as a dielectric having excellent dielectric properties while being sintered at a temperature lower than 900 ° C.
고주파 유전체, BaO-Sm2O3-4TiO2, B2O3, CuO, 저온소결 High Frequency Dielectrics, BaO-Sm2O3-4TiO2, B2O3, CuO, Low Temperature Sintering
Description
도 1은 10몰％의 B2O3가 첨가된 BaO-Sm2O3-4TiO2 세라믹스의 CuO 첨가에 따른 유전율의 변화를 소결 온도 850℃, 875℃ 및 900℃에서 나타낸 그래프이다. FIG. 1 is a graph showing changes in permittivity of CuO of BaO-Sm 2 O 3 -4TiO 2 ceramics to which 10 mol% B 2 O 3 is added at sintering temperatures of 850 ° C, 875 ° C, and 900 ° C.
도 2는 10몰％의 B2O3가 첨가된 BaO-Sm2O3-4TiO2 세라믹스의 CuO 첨가에 따른 품질계수의 변화를 소결온도 850℃, 875℃ 및 900℃에서 나타낸 그래프이다. FIG. 2 is a graph showing changes in quality coefficients according to CuO addition of BaO-Sm 2 O 3 -4TiO 2 ceramics containing 10 mol% of B 2 O 3 at sintering temperatures of 850 ° C, 875 ° C, and 900 ° C.
도 3은 10몰％의 B2O3가 첨가된 BaO-Sm2O3-4TiO2 세라믹스의 CuO 첨가에 따른 공진주파수온도계수 변화를 소결온도 875℃에서 나타낸 그래프이다. Figure 3 is a graph showing the change in the resonant frequency temperature coefficient according to the addition of CuO of BaO-Sm 2 O 3 -4TiO 2 ceramics added with 10 mol% B 2 O 3 at the sintering temperature of 875 ℃.
도 4은 10몰％의 B2O3가 첨가된 BaO-Sm2O3-4TiO2 세라믹스의 CuO 첨가에 따른 밀도의 변화를 소결온도 850℃, 875℃ 및 900℃에서 나타낸 그래프이다. 4 is a graph showing the change in density of CuO addition of BaO-Sm 2 O 3 -4TiO 2 ceramics to which 10 mol% B 2 O 3 is added at sintering temperatures of 850 ° C, 875 ° C and 900 ° C.
본 발명은 저온소결용 고주파 유전체 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 900℃ 이하의 낮은 온도에서 소결이 가능하고, 유전율(εr) 60 이상, 품질계수(Q x f)가 3,000 이상이면서 안정된 공진주파수 온도계수(τf)를 가지는 새로운 유전체 세라믹스 조성물로서 필터 등 여러가지 고주파 부품의 재료로 사용될 수 있다. The present invention relates to a high frequency dielectric composition for low temperature sintering and a method of manufacturing the same. More specifically, as a novel dielectric ceramic composition capable of sintering at a temperature lower than 900 ° C., having a dielectric constant (ε r ) of 60 or more, a quality factor (Q xf) of 3,000 or more, and a stable resonant frequency temperature coefficient (τ f ). It can be used as a material for various high frequency components such as filters.
최근에, 이동 통신 및 위성 방송 등의 정보통신 기기의 이용 확대로 마이크로파 부품에 이용되는 유전체 세라믹에 대한 관심이 고조되고 있다. 고주파 유전체 부품의 재료로 사용될 수 있는 유전체는, 높은 품질계수 즉 낮은 유전손실, 높은 유전율 및 온도변화에 따른 공진 주파수의 변화가 적어야 한다. 한편, 최근에는 고주파 부품의 소형화 추세에 맞추어 다층소자(multi-layer device)에 대한 관심이 증대되고 있다. 다층소자는 세라믹층과 금속전극층으로 구성되어 있으므로, 다층소자를 제작할 때에 세라믹과 금속전극을 동시에 소성해야 한다. 하지만 금속 특히 전극으로 많이 사용되는 Ag 금속은 녹는 온도가 961℃이고, 반면에 대부분의 고주파 유전체용 세라믹스는 1300℃이상의 고온에서 소결이 이루어진다. 그러므로 기판소자용 유전체 재료로 사용되기 위해서는 위에서 언급한 3가지 조건 즉 높은 품질계수, 높은 유전율 및 안정된 공진 주파수 온도계수를 유지하면서도, Ag 금속과 동시에 소성이 가능하기 위하여 저온에서 소결될 수 있어야 한다. Recently, interest in dielectric ceramics used for microwave components is increasing due to the expansion of the use of information communication devices such as mobile communication and satellite broadcasting. Dielectrics that can be used as materials for high frequency dielectric components should have a small change in resonant frequency due to high quality factor, that is, low dielectric loss, high dielectric constant and temperature change. On the other hand, in recent years, interest in multi-layer devices has been increasing in accordance with the miniaturization trend of high frequency components. Since the multilayer device is composed of a ceramic layer and a metal electrode layer, when the multilayer device is manufactured, the ceramic and the metal electrode must be fired at the same time. However, the melting temperature of metal, especially Ag metal, which is used as an electrode, is 961 ℃, while most high frequency dielectric ceramics are sintered at a high temperature of more than 1300 ℃. Therefore, in order to be used as a dielectric material for a substrate device, it must be able to be sintered at low temperature in order to be fired simultaneously with Ag metal while maintaining the three conditions mentioned above, that is, high quality coefficient, high dielectric constant and stable resonant frequency temperature coefficient.
Ag 전극과 저온에서 동시 소성이 가능한 유전체를 개발하기 위해 많은 연구가 진행되어왔다. 유전율이 7이하의 저유전율의 기판재료의 경우에는, 듀퐁, Ferro사 등 여러회사에서 유리 또는 유리+세라믹을 이용하여 상용화된 제품을 개발하였 다. 하지만 유전율이 높은 기능성 재료에 대해서는 상용화된 재료는 없다. 특히, 유전율이 60이상인 고유전율 유전체의 경우에는 개발된 재료가 거의 없다.Much research has been conducted to develop dielectrics capable of co-firing at low temperature with Ag electrodes. In the case of substrate materials with a dielectric constant of less than 7, various companies such as DuPont and Ferro have developed commercial products using glass or glass + ceramics. However, there are no commercially available materials for high dielectric constant functional materials. In particular, in the case of high dielectric constant with a dielectric constant of 60 or more, few materials have been developed.
참고로 표 1에 현재까지 보고된 유전율 60 이상의 유전체를 나타내었다. 상기 표에서 알 수 있듯이 H. Kagata 등이 개발한 Bi18Ca8Nb12O6 에 ZnO 또는 Ca을 고용시킨 재료의 경우(Jpn, J. Appl. Phy. 34 (1992) 3152)에는 유전율은 높지만 소성온도가 약간 높고, 품질계수(Q-value)가 낮다. 또한 이미 널리 알려진 BaO-Sm2O3-TiO2(BST) 또는 BaO-Nd2O3-TiO2 유전체의 경우 유전율과 Q-value는 높지만, 소결온도가 너무 높아서 다층 소자의 재료로는 부적합하다.For reference, Table 1 shows genomes of 60 or more reported so far. As can be seen from the above table, in the case of a material in which ZnO or Ca is dissolved in Bi 18 Ca 8 Nb 12 O 6 developed by H. Kagata et al. (Jpn, J. Appl. Phy. 34 (1992) 3152), the dielectric constant is high. The firing temperature is slightly high, and the Q-value is low. Also already widely known BaO-Sm 2 O 3 -TiO 2 (BST) or The BaO-Nd 2 O 3 -TiO 2 dielectric has a high dielectric constant and Q-value, but the sintering temperature is so high that it is not suitable as a material for multilayer devices.
한편 미국특허 제5,493,262호에서는 BaO-Sm2O3-TiO2에 Zn-B-Si 유리를 첨가한 유전체를 개시하였는데, 상기 유전체는 유전율도 높고 소결온도도 적당하나, Q-value가 낮고 유리를 제작해야 하기 때문에 공정상 어려움이 존재하였다. H. Yoon 등은 TiO2에 Zn-B-Si 유리를 첨가한 유전체를 개발(Eur. Ceram. Soc., 23 (2003) 2549)하였으나 이 경우에는 온도계수가 너무 높아서 고주파 소자의 재료로 사용하는데 어려움이 있다. 이에 본 발명자들은 BaO-Sm2O3-4TiO2 유전체에 특정의 물질을 첨가함으로써, 제조가 용이하고 소결온도가 낮으며 고주파 유전특성도 우수한 저온소결용 재료를 개발하고자 하였다. Meanwhile, US Patent No. 5,493,262 discloses a dielectric material in which Zn-B-Si glass is added to BaO-Sm 2 O 3 -TiO 2 , which has a high dielectric constant and a suitable sintering temperature, but has a low Q-value and a glass. Because of the manufacturing process, difficulties existed. H. Yoon et al. In TiO 2 A dielectric with Zn-B-Si glass was developed (Eur. Ceram. Soc., 23 (2003) 2549), but in this case, the temperature is too high, making it difficult to use as a material for high frequency devices. Accordingly, the present inventors have developed a low-temperature sintering material that is easy to manufacture, has a low sintering temperature, and has high frequency dielectric properties by adding a specific material to the BaO-Sm 2 O 3 -4TiO 2 dielectric.
[표 1] 종래의 고유전율 저온소결 재료 [Table 1] Conventional high dielectric constant low temperature sintered material
즉, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 900℃ 이하의 저온소결이 가능하고, 높은 품질계수(Qxf)와 유전상수(εr), 안정된 공진주파수 온도계수(τf) 특성을 가진 저온소결용 유전체 세라믹스 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.That is, the present invention is to solve the above problems of the prior art, it is possible to sinter the low temperature below 900 ℃, high quality factor (Qxf) and dielectric constant (ε r ), stable resonance frequency temperature coefficient (τ f ) An object of the present invention is to provide a low-temperature sintered dielectric ceramic composition and a method of manufacturing the same.
또한, 본 발명은 상기 유전체 세라믹스 조성물을 이용하여 Ag를 내부 전극으로 사용할 수 있어 각종 고주파용 소자, 즉 적층칩 캐패시터, 적층칩 필터 및 저온소결 기판, 공진기 및 필터 또는 세라믹 안테나 등의 고주파용 유전체 부품의 제공을 목적으로 한다. In addition, according to the present invention, Ag may be used as an internal electrode using the dielectric ceramic composition, and thus, various high-frequency devices, that is, multilayer chip capacitors, multilayer chip filters, and low-temperature sintered substrates, resonators and filters, or ceramic antennas may be used. For the purpose of providing
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 BaO-Sm2O3-4TiO2-xB2O 3-yCuO로 표현되고, 상기에서 전체 조성물에 대한 B2O3 및 yCuO의 몰%인 x 및 y가 각각 5.0몰％≤x ≤20.0몰％ 및 5.0몰％≤y ≤20.0몰％인 것을 특징으로 하는 고주파용 유전체 세라믹스 조성물을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention is represented by BaO-Sm 2 O 3 -4TiO 2 -xB 2 O 3 -yCuO, wherein x and y, which are mole% of B 2 O 3 and yCuO to the total composition, are A dielectric ceramic composition for high frequency is provided, wherein 5.0 mol% ≤ x ≤ 20.0 mol% and 5.0 mol% ≤ y ≤ 20.0 mol%, respectively.
본 발명은 BaO-Sm2O3-4TiO2(BS4T)에 B2O3를 첨가하여 소결온도를 우선 960℃까지 낮추었다. 또한, 가장 우수한 유전특성을 보여주는 B2O3의 양을 선택한 후에 CuO를 첨가하여 다시 BS4T의 소결 온도를 850 ~ 900℃로 낮추었다. In the present invention, B 2 O 3 was added to BaO-Sm 2 O 3 -4 TiO 2 (BS4T) to lower the sintering temperature to 960 ° C. In addition, after selecting the amount of B 2 O 3 showing the best dielectric properties CuO was added to lower the sintering temperature of BS4T to 850 ~ 900 ℃ again.
또한, 본 발명은 BaO-Sm2O3-4TiO2 유전체를 하소(calcination)하는 단계; 상기 하소된 BaO-Sm2O3-4TiO2 유전체 분말에 B2O3를 5.0몰％ ~ 20.0몰％, CuO를 5.0몰％ ~ 20.0몰％ 첨가하여 혼합하고 건조시킨 후, 이를 가압 성형하여 성형물을 얻는 단계; 및 상기 성형물을 850 ~ 900℃에서 소결하여 소결물을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 세라믹스 조성물의 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention comprises the steps of calcination (Basic) BaO-Sm 2 O 3 -4TiO 2 dielectric; B 2 O 3 was added to the calcined BaO-Sm 2 O 3 -4 TiO 2 dielectric powder. 5.0 mol%-20.0 mol%, and 5.0 mol%-20.0 mol% of CuO are added, mixed, and dried, and it press-molded to obtain a molding; And sintering the molded product at 850 to 900 ° C. to obtain a sintered product.
본 발명에서, 상기 하소 온도는 1150℃가 바람직하며, 또한, 상기 소결시간은 2시간 이하가 바람직하다. In the present invention, the calcination temperature is preferably 1150 ℃, and the sintering time is preferably 2 hours or less.
또한, 본 발명은 BaO-Sm2O3-4TiO2-xB2O3-yCuO으로 표현되고, 상기에서, x 및 y는 전체 조성물 대비 B2O3와 CuO의 몰％를 의미하고, 각각은 5.0몰％≤x ≤20.0몰％ 및 5.0몰％≤y ≤20.0몰％인 유전체 세라믹스 조성물을 850 ~ 900℃의 온도에서 소결 처리한 소결물을 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파용 유전체 부품을 제공한 다. In addition, the present invention is represented by BaO-Sm 2 O 3 -4 TiO 2 -xB 2 O 3 -yCuO, wherein x and y means mole% of B 2 O 3 and CuO relative to the total composition, respectively Provided is a dielectric component for high frequency comprising a sintered material obtained by sintering a dielectric ceramic composition of 5.0 mol% ≤ x ≤ 20.0 mol% and 5.0 mol% ≤ y ≤ 20.0 mol% at a temperature of 850 to 900 ° C. All.
본 발명에서, 상기 B2O3의 함량을 5.0몰％ ~ 20.0몰％로 한정하는 이유는, B2O3의 함량이 5.0몰％ ~ 20.0몰％의 범위인 경우, 본 발명의 유전체 조성물이 가장 우수한 유전특성을 나타내기 때문이며, CuO의 함량을 5.0몰％ ~ 20.0몰％로 한정한 이유는 CuO의 함유량이 5.0몰％ 보다 작으면 소결성이 나빠지고, 20.0몰％보다 크면 품질계수(Qxf) 및 공진주파수 온도계수(τf) 등의 유전 특성이 저하하므로 바람직하지 않기 때문이다. In the present invention, the reason for limiting the content of B 2 O 3 to 5.0 mol% to 20.0 mol% is that when the content of B 2 O 3 is in the range of 5.0 mol% to 20.0 mol%, the dielectric composition of the present invention is The reason is that the CuO content is limited to 5.0 mol% to 20.0 mol%, and the CuO content is less than 5.0 mol%, resulting in poor sintering property and higher than 20.0 mol%, the quality factor (Qxf). And dielectric properties, such as the resonance frequency temperature coefficient τ f , are not preferable.
조성물의 소결 온도를 850 ~ 900℃로 한정하는 이유는, 850℃보다 낮은 온도에서는 소결이 잘 이루어지지 않고, 900℃보다 높은 온도는 저온 소결에 적합한 온도가 아니기 때문이다. The reason for limiting the sintering temperature of the composition to 850 to 900 ° C is that sintering is not performed well at a temperature lower than 850 ° C, and a temperature higher than 900 ° C is not a temperature suitable for low temperature sintering.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명의 유전체 조성은 BaO-Sm2O3-4TiO2-xB2O3-yCuO으로 표현되고, 이 때 B2O3의 함유량은 5.0몰％≤x ≤20.0몰％이고, CuO의 함유량은 5.0몰％≤y ≤20.0몰％이다. The dielectric composition of the present invention is represented by BaO-Sm 2 O 3 -4 TiO 2 -xB 2 O 3 -yCuO, wherein the content of B 2 O 3 is 5.0 mol% ≤ x ≤ 20.0 mol%, and the content of CuO is 5.0 mol% ≤ y ≤ 20.0 mol%.
본 발명의 첫 번째 공정은 BaO-Sm2O3-4TiO2(BS4T)분말을 제조한 후, 이를 하소하는 공정이다. 초기 원료인 순도 99.9%의 BaCO3, Sm2O3 및 TiO2 를 원하는 BST조성에 맞게 평량한 후 나일론 자르(nylon jar)에서 지르코니아 볼과 함께 24시간 동안 증류수 용매를 사용하여 습식 혼합한다. 습식 혼합 분쇄한 분말을 건조시킨 후, 1150℃에서 6시간 동안 하소하여 BS4T상을 합성하여 분말을 제조한다. The first process of the present invention is to prepare a BaO-Sm 2 O 3 -4TiO 2 (BS4T) powder, and then calcined it. BaCO 3, Sm 2 O 3 and TiO 2 having an initial raw material purity of 99.9% were weighed to a desired BST composition, and then wet mixed with zirconia balls in a nylon jar using a distilled water solvent for 24 hours. The wet mixed pulverized powder is dried and then calcined at 1150 ° C. for 6 hours to synthesize BS4T phase to prepare a powder.
본 발명의 두 번째 공정은 하소한 BS4T 분말에 B2O3 및 CuO을 첨가하여 혼합한 다음 건조하는 공정이다. 이때, 첨가되는 B2O3의 양은 5.0 ~ 20.0몰％이고, CuO의 양은 5.0 ~ 20.0몰％이다. B2O3 및 CuO를 첨가한 후, 알콜 용매로 습식 혼합한 후 건조한다. 상기 습식 혼합은 약 24시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. The second process of the present invention is a process of adding and mixing B 2 O 3 and CuO to the calcined BS4T powder and then drying. At this time, the amount of B 2 O 3 added It is 5.0-20.0 mol%, and the quantity of CuO is 5.0-20.0 mol%. After B 2 O 3 and CuO are added, the mixture is wet mixed with an alcohol solvent and then dried. The wet mixing is preferably carried out for about 24 hours.
본 발명의 세 번째 공정은 상기 건조된 물질을 실린더 모양으로 가압 성형한후, 이러한 성형물을 850 ~ 900℃에서 소결하는 공정이다. 소결시간은 2시간정도가 바람직하다. 상기한 바와 같이 900℃ 이하의 비교적 저온에서도 소결이 가능한 이유는 BS4T 분말에 B2O3와 CuO산화물을 본 발명에 따른 몰비로 첨가하였기 때문이다. The third process of the present invention is a process of press molding the dried material into a cylindrical shape, and then sintering the molded product at 850 to 900 ° C. The sintering time is preferably about 2 hours. As described above, the reason why the sintering is possible even at a relatively low temperature of 900 ° C. or lower is because B 2 O 3 and CuO oxide are added to the BS4T powder in a molar ratio according to the present invention.
본 발명에 따라 제조된 고주파용 유전체 조성물을 850 ~ 900℃의 온도에서 소결한 결과, 유전율(εr)이 36.8 ~ 69.9 이고 품질계수(Qxf)는 3,600 ~ 5,100 GHz로 측정되었다. 다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공하는 것이고, 이들 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. As a result of sintering the high frequency dielectric composition prepared according to the present invention at a temperature of 850 to 900 ° C., the dielectric constant (ε r ) was 36.8 to 69.9 and the quality factor (Qxf) was measured to be 3,600 to 5,100 GHz. The following presents a preferred embodiment to aid the understanding of the present invention. The following examples are provided to more easily understand the present invention, and the present invention is not limited to these examples.
[실시예] EXAMPLE
초기 원료인 순도 99.9%의 BaCO3, Sm2O3 와 TiO2 분말을 BaO-Sm 2O3-4TiO2 (BS4T) 조성에 맞게 평량한 후 1150℃에서 6시간 동안 반응시켜 상을 합성하여 BS4T 분말을 제조하였다. 하소된 BS4T 분말에 10.0몰％의 B2O3와 5.0, 10.0, 15.0 및 20.0몰％의 CuO화합물을 각각 첨가한 후, 24시간 동안 알콜용매를 사용하여 습식 혼합하고 건조하였다. BaCO 3 , Sm 2 O 3 and TiO 2 powders of 99.9% purity, which are initial raw materials, were weighed according to the composition of BaO-Sm 2 O 3 -4 TiO 2 (BS4T), and then reacted at 1150 ° C for 6 hours to synthesize the BS4T. Powder was prepared. To the calcined BS4T powder were added 10.0 mol% B 2 O 3 and 5.0, 10.0, 15.0 and 20.0 mol% CuO compounds, respectively, followed by wet mixing with an alcohol solvent for 24 hours and drying.
이어서, 제조된 시료를 직경이 10mm, 높이가 약 7mm인 실린더형 성형체로 가압 성형 후 875℃에서 2시간 동안 소결하였다. Subsequently, the prepared samples were sintered at 875 ° C. for 2 hours after pressure molding into cylindrical shaped bodies having a diameter of 10 mm and a height of about 7 mm.
소결체를 X-선 회절분석한 결과 균일한 BS4T의 기지상이 형성된 것으로 나타났다. 이러한 조성물의 선 수축율은 14% 이상으로 소결이 잘 이루어졌음을 알 수 있었다. X-ray diffraction analysis of the sintered compact showed that a uniform matrix of BS4T was formed. The linear shrinkage of this composition was found to be well sintered to 14% or more.
도 1은 10.0몰％의 B2O3가 첨가된 BS4T의 여러 가지 소결온도 850℃, 875℃, 900℃에서 CuO산화물 첨가량에 따른 유전율(εr)의 변화를 나타낸 그래프이다. 유전율은 CuO의 양과 소결온도가 증가할수록 증가하는 경향을 보였으나, 15몰％ 이상의 CuO가 첨가되면 유전율은 더 이상 증가하지 않았다. 15몰％의 CuO를 첨가하여 900℃에서 소결된 시료의 경우 유전율이 70정도로 아주 높았다. 또한 15 몰％의 CuO를 첨가하여 850℃에서 소결된 시료의 유전율도 60 정도로 높은 값을 나타내었다. 또한, 본 조성물은 CuO의 양에 따라서 유전율이 30부터 60까지 변화하므로 60 이상 고유전율 뿐만 아니라 낮은 유전율에도 적용할 수 있다. 1 is a graph showing the change of permittivity (ε r ) according to the amount of CuO oxide added at various sintering temperatures of 850 ° C, 875 ° C and 900 ° C of BS4T to which 10.0 mol% of B 2 O 3 was added. The dielectric constant tended to increase as the amount of CuO and the sintering temperature increased. However, when more than 15 mol% of CuO was added, the dielectric constant did not increase any more. By adding 15 mol% CuO The dielectric constant of the sample sintered at 900 ℃ was very high, about 70. In addition, the dielectric constant of the sample sintered at 850 ° C. by adding 15 mol% CuO showed a high value of about 60 degrees. In addition, the present composition can be applied to low dielectric constant as well as high dielectric constant of 60 or more because the dielectric constant varies from 30 to 60 depending on the amount of CuO.
도 2는 10.0몰％의 B2O3가 첨가된 BS4T에 CuO 산화물 첨가량에 따른 BS4T세 라믹스의 품질계수(Qxf)를 소결온도의 변화에 따라 나타낸 그림이다. 품질계수는 CuO양이 증가함에 따라서 10몰％ 까지는 감소하지만 그 이후에는 비교적 일정한 값을 보인다. 특히 70 정도의 높은 유전율을 보인 15몰％의 CuO가 첨가되고 900℃에서 소결된 시료의 경우 Qxf값이 4500 정도의 아주 높은 값을 가지고 있다. 850℃에서 소결된 시료도 3500정도의 높은 Qxf 값을 가지고 있다. 또한 소량의 CuO가 첨가된 시료의 Qxf값도 5000 이상이므로 유전율이 낮은 영역에서 사용할 수 있을 것으로 생각된다. 2 is an illustration showing in accordance with a quality factor (Qxf) of La mix BS4T three according to the oxide CuO on the amount of B 2 O 3 10.0% by mole was added BS4T to changes in the sintering temperature. The quality factor decreases to 10 mol% as the amount of CuO increases, but shows a relatively constant value thereafter. In particular, 15 mol% CuO having a high dielectric constant of about 70 was added and the sample sintered at 900 ° C had a very high Qxf value of about 4500. Samples sintered at 850 ° C also have high Qxf values of around 3500. In addition, since the Qxf value of the sample to which a small amount of CuO was added is also 5000 or more, it is considered that it can be used in the low dielectric constant region.
도 3은 10.0몰％의 B2O3가 첨가된 BS4T의 CuO 산화물 첨가량에 따른 BS4T 세라믹스의 공진주파수 온도계수(τf)의 변화를 나타낸 그래프이다. 시료는 875℃에서 소결되었다. 도 3에서 나타나는 바와 같이 공진주파수 온도계수는 CuO양과 상관없이 -14.2 ~ -9.3 ppm/℃의 범위를 나타냈다. 즉, 소결온도에 따라 공진주파수 온도계수는 거의 변화하지 않으므로 본 조성은 안정된 공진 주파수 온도계수를 가지고 있는 것으로 판단된다. 3 is a graph showing a change in the resonant frequency temperature coefficient τ f of BS4T ceramics according to the CuO oxide addition amount of BS4T added with 10.0 mol% B 2 O 3 . The sample was sintered at 875 ° C. As shown in FIG. 3, the resonance frequency temperature coefficient showed a range of -14.2 to -9.3 ppm / ° C regardless of the amount of CuO. That is, since the resonance frequency temperature coefficient hardly changes with the sintering temperature, it is determined that the present composition has a stable resonance frequency temperature coefficient.
도 4는 10.0몰％의 B2O3가 첨가된 BS4T의 CuO 산화물 첨가량에 따른 BS4T 세라믹스의 밀도변화를 나타낸 그래프다. 밀도는 소결온도와 CuO양이 증가하면 점차적으로 증가함을 알 수 있다. 하지만 20몰％ 이상의 CuO가 첨가되면 온도에 관계 없이 높은 밀도를 가지고 있음을 알 수 있다. 특히 900℃ 시료의 경우 10몰％ 이상의 CuO가 첨가되면 이론밀도의 90% 정도에 해당하는 5.3g/cm3의 높은 밀도를 가지고 있다. Figure 4 is a graph showing the density change of BS4T ceramics according to the CuO oxide addition amount of BS4T to which 10.0 mol% B 2 O 3 is added. It can be seen that the density gradually increases as the sintering temperature and the amount of CuO increase. However, when 20 mol% or more of CuO is added, it can be seen that it has a high density regardless of temperature. Particularly, in case of 900 ° C sample, when 10 mol% or more of CuO is added, it has a high density of 5.3 g / cm 3 , which corresponds to about 90% of theoretical density.
이상과 같은 실험결과로부터, 본 발명의 유전체 조성물은 유전율(εr)이 36.8 ~ 70이고, 품질계수(Qxf)가 3,600 ~ 5,100GHz이며, 공진 주파수 온도계수(τf)의 범위가 -14.2 ~ -9.3 ppm/℃으로 저온소결용 고주파 유전체 세라믹스의 부품 재료로서 사용될 수 있음을 확인하였다. From the above experimental results, the dielectric composition of the present invention has a dielectric constant (ε r ) of 36.8 to 70, a quality factor (Qxf) of 3,600 to 5,100 GHz, and a resonance frequency temperature coefficient (τ f ) of -14.2 to It has been confirmed that it can be used as a part material of high frequency dielectric ceramics for low temperature sintering at -9.3 ppm / ° C.
본 발명의 유전체 세라믹스 조성물은 저온에서 소결이 가능하고, 품질 계수, 유전율 및 공진 주파수 온도계수 등의 고주파 유전 특성이 우수하므로 고주파 다층소자의 재료로 이용될 수 있다. The dielectric ceramic composition of the present invention can be used as a material of a high frequency multilayer device because it can be sintered at a low temperature and has excellent high frequency dielectric properties such as quality factor, dielectric constant and resonance frequency temperature coefficient.
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