KR100915909B1 - 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스 및 그 제조방법 - Google Patents
기판용 저온 소성 유전체 세라믹스 및 그 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100915909B1 KR100915909B1 KR1020080034244A KR20080034244A KR100915909B1 KR 100915909 B1 KR100915909 B1 KR 100915909B1 KR 1020080034244 A KR1020080034244 A KR 1020080034244A KR 20080034244 A KR20080034244 A KR 20080034244A KR 100915909 B1 KR100915909 B1 KR 100915909B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- powder
- temperature
- substrate
- low
- manufacturing
- Prior art date
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 45
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 22
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 abstract 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 abstract 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 4
- 238000009766 low-temperature sintering Methods 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 229920000307 polymer substrate Polymers 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N CuO Inorganic materials [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N barium oxide Inorganic materials [Ba]=O QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
- C04B35/6261—Milling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
- C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
- C04B35/62655—Drying, e.g. freeze-drying, spray-drying, microwave or supercritical drying
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/64—Burning or sintering processes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/002—Details
- H01G4/018—Dielectrics
- H01G4/06—Solid dielectrics
- H01G4/08—Inorganic dielectrics
- H01G4/12—Ceramic dielectrics
- H01G4/1209—Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material
- H01G4/1218—Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material based on titanium oxides or titanates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
- C04B2235/3215—Barium oxides or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
- C04B2235/3232—Titanium oxides or titanates, e.g. rutile or anatase
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3281—Copper oxides, cuprates or oxide-forming salts thereof, e.g. CuO or Cu2O
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3409—Boron oxide, borates, boric acids, or oxide forming salts thereof, e.g. borax
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
- C04B2235/604—Pressing at temperatures other than sintering temperatures
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Abstract
본 발명은 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 900℃의 저온에서도 소결이 가능하도록 0.95Al2O3 + 0.05TiO2의 조성식을 갖는 제 1 분말에 BaCuB2O5의 조성식을 갖는 제 2 분말 첨가하되, 제 1 분말의 몰분율(molar fraction) 100에 대하여 제 2 분말의 몰분율(molar fraction)을 0초과 15이하가 되도록 혼합하고 가공 성형함으로써, 기판용 소재가 요구하는 낮은 유전상수, 높은 품질 계수 및 안정된 공진주파수 온도계수 특성을 확보할 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.
저온소성, LTCC, 기판소재, 유전체세라믹스, 유전상수, 유전손실
Description
본 발명은 저온소결이 가능하면서도 기판소재로서 낮은 유전상수와 높은 품질계수 및 안정한 공진주파수 온도계수 특성을 갖는 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재의 많은 전자기기의 능·수동 부품 실장은 기판 면적의 70%정도를 수동부품이 차지하고 있어 수동부품의 집적화가 절대적으로 필요하다. 현재의 부품실장밀도는 최대 50개/㎠ 정도로 그 영향이 미미하나, 2010년 이후에는 5000개/㎠ 이상으로 급격한 증가할 것으로 예상되어 수동부품의 실장 공정에 어려움이 가중될 수 있다.
따라서 수동부품의 집적화를 위해 세라믹 소재기술과 소성 및 적층 등의 세라믹 공정기술이 혼합된 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 기술들이 개발 되었다. 또한, LTCC에 의한 복합모듈 개발이 이루어지고 있다. 그러나 이러한 기술은 집적화 효과가 떨어지는 문제가 있다.
최근 미국과 일본 등지에서 SoP (System on Package) 기술이 활발하게 연구 개발되고 있다. SoP (System on Package) 기술은 복수의 시스템을 하나의 패키지에 실장하기 위해서 기판에 능동부품과 수동부품을 집적화하는 기술로서 높은 집적도를 자랑한다. 이러한 SoP 기술은 유전상수가 낮고 품질계수가 높은 소재를 기판으로 하고 기판 위에 다양한 전극(Ag, Cu, Ni, Pd, Pt)을 마이크로 패터닝을 통해 수동소자로 형성한다.
여기서, 유전상수가 낮고 품질계수가 높은 소재로 고려되고 있는 것으로는 가공성이 우수하여 제조공정이 비교적 용이한 폴리머(Polymer) 기판이 있다. 그러나 폴리머 기판은 품질계수 값이 낮고, 열에 약한 점 등이 문제가 되고 있다.
다음으로, 세라믹과 폴리머의 장점만을 이용하여 가공성, 품질계수 및 유전상수를 개선한 세라믹-폴리머 복합재료도 연구도 진행되고 있으나 아직 가시적인 큰 성과를 보여주고 있지는 못하다.
또한, RF 시스템의 사용 주파수에 따라 적용이 가능한 기판의 소재 또는 공정의 변화가 요구되고 있는데, 향후의 RF 시스템의 사용주파수는 현재 사용되고 있는 수백 MHz에서 수 GHz 또는 수십 GHz 영역까지 확대되어 나갈 전망이다. 이와 같이 사용주파수 대역의 상승은 기판소재의 품질계수 향상이 필수적이며 기존에 가장 많이 사용되어지던 PCB(Print Circuit Board)의 FR-4보다 품질계수가 높은 폴리머(Polymer) 소재 또는 세라믹 소재 기판이 요구되어지고 있다.
아울러, 실리콘(Si) 기판을 사용해 오던 반도체공정 특히 RF-IC(SOC) 분야에서도 실리콘(Si) 보다 품질계수가 높은 여러 반도체 기판의 사용이 이루어지고 있다. 기판 소재의 품질계수와 공정의 정밀도를 고려한다면 향후 RF 시스템의 사용 주파수가 5 GHz 이하에서는 폴리머(polymer) 기판이, 5 ~ 50 GHz의 영역에서는 세라믹 또는 품질계수가 대폭 향상된 폴리머(Polymer) 기판의 사용이 적당하다.
이에 더하여 상기의 마이크로 패터닝을 통한 기판 위의 전극이 녹지 않는 온도범위에서 소성이 가능토록 하기 위해서 유전체 세라믹스는 저온에서 소결되어야 한다. 전극으로는 상기의 Ag, Cu, Ni, Pd, Pt 및 이들의 합금이 사용되며, 이 중에서도 특히 Ag 전극은 가장 낮은 비저항(1.62×10-4 Ω㎝)을 가지고 있어 소자의 손실을 최소화시킬 수 있다. 그러나 Ag의 녹는점은 961℃이므로, 기판의 소결온도가 Ag의 녹는점 보다 높을 경우, 그 유전체 세라믹스는 사용할 수 없다. 결국 900℃이하의 소결이 가능한 기판용 소재의 유전체 세라믹스가 요구된다.
본 발명은 0.95Al2O3 + 0.05TiO2 세라믹스 조성에 소결조제로서 BaCuB2O5를 첨가함으로써, 저온소결이 가능하면서도 낮은 유전상수와 높은 품질계수 및 안정된 공진주파수 온도계수 특성을 갖는 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스는 하기의 [조성식 1]로 표현되는 조성물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
[조성식 1]
x(0.95Al2O3 + 0.05TiO2) + yBaCuB2O5
여기서, x, y는 몰분율(molar fraction)이고, 0 〈 y ≤ 0.15x 이다.
또한, 상기 조성물은 875 ~ 925 ℃의 온도에서 소결되는 것을 특징으로 하고, 상기 0.95Al2O3 + 0.05TiO2 조성물은 Al2O3상 및 TiO2상이 공존하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명에 따른 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스 제조 방법은 Al2O3 및 TiO2가 혼합된 시료분말을 분쇄 및 건조시키고, 제 1 하소 공정을 수행하여 0.95Al2O3 + 0.05TiO2 의 조성식을 갖는 제 1 분말을 제조하는 단계와, BaO, CuO 및 B2O3가 혼합된 시료분말을 분쇄 및 건조시키고, 제 2 하소 공정을 수행하여 BaCuB2O5 의 조성식을 갖는 제 2 분말을 제조하는 단계와, 상기 제 1 분말 및 상기 제 2 분말을 혼합하되, 상기 제 1 분말의 몰분율(molar fraction) 100에 대하여 상기 제 2 분말의 몰분율(molar fraction)은 0초과 15이하로 혼합하고, 분쇄 및 건조 공정을 수행하여 제 3 분말을 제조하는 단계와, 상기 제 3 분말을 기판을 정의하는 형틀에 넣고 가압하여 성형체를 형성하는 단계 및 상기 성형체에 소결 공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 Al2O3, TiO2, BaO, CuO 및 B2O3 는 각각 순도 99.9% 이상의 시료 분말을 사용하는 것을 특징으로 하고, 상기 제 1 하소 공정은 1150 ~ 1250 ℃의 온도에서 3 ~ 5 시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하고, 상기 BaO, CuO 및 B2O3가 혼합된 시료분말은 알코올 용매와 함께 24 ~ 36 시간 동안 혼합하는 것을 특징으로 하고, 상기 제 2 하소 공정은 700 ~ 800 ℃의 온도에서 2 ~ 4 시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하고, 상기 제 2 하소 공정을 수행한 후 로냉(furnace cooling)을 더 수행하는 것을 특징으로 하고, 상기 제 1 분말 및 상기 제 2 분말을 혼합하는 공정은 알코올 용매와 함께 24 ~ 36 시간 동안 혼합하는 것을 특징으로 하고, 상기 성형체를 형성하는 단계는 875 ~ 925 ℃의 온도에서 2 ~ 4 시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하고, 상기 소결 공정은 875 ~ 925 ℃의 온도에서 2 ~ 4 시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하고, 상기 소결공정을 수행한 성형체는 선수축률이 15 ~ 20%가 되도록 하는 것을 특징으로 하고, 상기 소결공정을 수행한 성형체는 유전상수(εr) 4.96 ~ 8.53가 되도록 하는 것을 특징으로 하고, 상기 소결공정을 수행한 성형체는 품질계수(Q× f) 5520 ~ 16200GHz가 되도록 하는 것을 특징으로 하고, 상기 소결공정을 수행한 성형체는 공진주파수 온도계수(τf) -12.50 ~ 1.40 ppm/℃가 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 0.95Al2O3 + 0.05TiO2 세라믹스에 BaCuB2O5를 소결조제로서 첨가함으로써 900℃의 저온에서 소결가능하게 된다. 따라서, 0.95Al2O3 + 0.05TiO2 세라믹스가 가지는 마이크로파 유전특성은 저하시키지 않고, 기판용 소재가 요구하는 낮은 유전상수, 높은 품질계수 및 안정된 공진주파수 온도계수 특성을 가지면서도, 저온으로 도체 전극과 동시소성이 가능한 기판용 유전체 세라믹스를 제공하는 효과가 있다.
본 발명은 0.95Al2O3 + 0.05TiO2 세라믹스 조성에 소결조제로서 BaCuB2O5를 첨가함으로써, 저온소결이 가능하면서도 낮은 유전상수와 높은 품질계수 및 안정된 공진주파수 온도계수 특성을 가질 수 있도록 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스 및 그의 제조 방법에 관하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 의한 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스의 조성은 다음 [조성식 1]로 나타낼 수 있다.
[조성식 1]
x(0.95Al2O3 + 0.05TiO2) + yBaCuB2O5
여기서, x, y는 몰분율(molar fraction)이고,
0 〈 y ≤ 0.15x 이다.
여기서, 0.95Al2O3 + 0.05TiO2 세라믹스 자체는 이미 기판 소재로서 우수한 유전특성을 갖는다. 그러나 소결온도가 대략 1300℃ 이상으로 매우 높아 금속도체와 동시소결이 불가능하다. 따라서 그 조성 자체로는 본 발명이 목적으로 하는 저온 동시소성 세라믹스(Low Temperature Co-Fired Ceramics: LTCC)로 사용될 수 없다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 소결조제로서 BaCuB2O5를 상기 조성에 첨가한다. 이때, 소결온도가 900℃ 미만이면 소결 상태가 양호하지 못하며 950℃이상에서는 소결상태는 양호하나 Ag의 확산으로 인하여 응용하기에 불가능하다.
또한, BaCuB2O5의 함량(즉, [조성식 1]에 있어서 y)이 15.0 몰분율을 초과하면 유전상수가 급격히 증가하여 기판용 유전체 세라믹스가 가져야 하는 범위를 넘어서게 된다. 능동소자 및 수동소자가 상기의 [조성식 1]의 y가 15.0 몰분율을 초과하는 조성의 기판에 실장될 경우 신호 전달을 방해하는 노이즈로서 작용하게 된다. 이러한 신호 전달의 방해는 소자들의 원활한 구동을 저해하게 되므로 BaCuB2O5의 함량은 15.0 몰분율 이하로 조절하는 것이 바람직하다.
아울러, 본 발명의 바람직한 일실시 예에 따르면, [조성식 1]과 같은 조성으 로 되는 유전체 세라믹스의 소결온도는 875℃ ~ 925℃일 때 가장 적합하다. 이때, 만일 소결온도를 875℃보다 낮게 설정하는 경우에는 세라믹스의 소결이 이루어지지 않으며, 또한 소결온도를 925℃보다 높게 설정하는 경우에는 물론 저온소결로서 부적합하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하며 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 하술하는 실시예들은 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위하여 제공되는 것이며, 본 발명은 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
실시예
본 실시예에서는 우선 소결조제인 BaCuB2O5 분말을 만들기 위하여 순도 99.9%이상의 BaO, CuO 그리고 B2O3의 시료분말을 조성식 BaCuB2O5의 조성비에 맞게 칭량한 후, 이를 알코올 용매와 함께 24시간 동안 혼합하였다. 그리고 이를 700℃에서 2시간 동안 하소하고 로냉(furnace cooling)하여 BaCuB2O5 분말을 제조하였다.
다음으로, 초기 원료인 순도 99.9%의 Al2O3 및 TiO2의 시료분말을 조성식 0.95Al2O3 + 0.05TiO2의 조성비에 맞게 칭량한 후, 이를 1150℃에서 3시간 동안 하소하였다. 그리고 이렇게 얻어진 분말을 X-선 회절 분석한 결과, Al2O3상과 TiO2상이 공존함을 확인하였다.
그리고 상기 0.95Al2O3 + 0.05TiO2 분말에 상기 BaCuB2O5 분말을 [조성식 1]에 따라 각각 5.0, 10.0, 15.0 및 20.0 mol% 첨가한 후, 각각 24시간 동안 알코올 용매를 사용하여 습식 혼합하고 건조하였다. 이어서, 제조된 시료를 직경이 약 10 mm, 높이가 약 7 mm인 실린더형 성형체로 가압 성형 후, 900℃에서 2시간 동안 소결하였다.
그 결과 0.95Al2O3 + 0.05TiO2 분말에 BaCuB2O5 분말을 [조성식 1]에 따라 5.0 mol% 이상 최대 15 mol% 이하 첨가시에 선 수축률은 15 ~ 20% 정도로 되어 저온 소성 기판으로서 적합한 것을 알 수 있다. 이때, BaCuB2O5 분말의 함량이 증가할수록 선 수축률은 비례하여 증가하는 경향을 나타내었으며 소결도 잘 이루어졌다.
도 1은 본 발명에 의한 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스에 있어서 900℃에서 소결한 BaCuB2O5 첨가량 변화에 따른 0.95Al2O3 + 0.05TiO2 세라믹스의 유전상수(εr)의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, BaCuB2O5가 10.0 mol%만큼 첨가된 경우를 유전상수(εr)가 5.59 정도로 낮은 값을 나타내는 것을 알 수 있다. 그리고 BaCuB2O5의 첨가량에 따라서 유전상수(εr)가 4.96 ~ 8.53까지 변화하는데, 바람직하게는 5 ~ 7의 범위 내에서 가장 좋은 유전특성을 확보할 수 있다.
도 2는 본 발명에 의한 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스에 있어서 900℃에서 소결한 BaCuB2O5 첨가량 변화에 따른 0.95Al2O3 + 0.05TiO2 세라믹스의 품질계수(Q ×f)의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2를 참조하면, BaCuB2O5가 10.0 mol% 첨가된 경우 품질계수(Q×f)가 9,230 GHz 정도의 높은 값을 나타내는 것을 알 수 있다.
도 3은 본 발명에 의한 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스에 있어서 900℃에서 소결한 BaCuB2O5 첨가량 변화에 따른 0.95Al2O3 + 0.05TiO2 세라믹스의 공진주파수 온도계수(τf)의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 10.0 mol%의 BaCuB2O5가 첨가된 0.95Al2O3 + 0.05TiO2 세라믹스를 900℃에서 소결한 경우, 공진주파수 온도계수(τf)가 -5.32 ppm/℃로 비교적 양호한 값을 나타내는 것을 알 수 있다.
도 4는 본 발명에 의한 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스에 있어서 900℃에서 소결한 BaCuB2O5 첨가량 변화에 따른 0.95Al2O3 + 0.05TiO2 세라믹스의 상대밀도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 10.0 mol%의 BaCuB2O5가 첨가된 0.95Al2O3 + 0.05TiO2 세라믹스를 900℃에서 소결한 경우, 95.3%의 높은 상대밀도를 나타내어 상기 온도에서 세라믹스의 소결상태가 매우 양호함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스는 10.0 mol%의 BaCuB2O5가 첨가될 때, 상대밀도가 95.3%, 유전상수(εr)가 5.59, 품질계 수(Q×f)가 9,230 GHz이며 공진주파수 온도계수(τf)는 -5.32 ppm/℃로서, 저온 소성 기판용 유전체 세라믹스의 부품재료로서 사용이 매우 적합한 상태가 된다.
여기서, 이상 기술한 본 발명의 바람직한 실시예들의 제반 유전특성은 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 당연한 것이다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예들은 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 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
도 1은 본 발명에 의한 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스에 있어서 900℃에서 소결한 BaCuB2O5 첨가량 변화에 따른 0.95Al2O3 + 0.05TiO2 세라믹스의 유전상수(εr)의 변화를 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명에 의한 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스에 있어서 900℃에서 소결한 BaCuB2O5 첨가량 변화에 따른 0.95Al2O3 + 0.05TiO2 세라믹스의 품질계수(Q×f)의 변화를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명에 의한 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스에 있어서 900℃에서 소결한 BaCuB2O5 첨가량 변화에 따른 0.95Al2O3 + 0.05TiO2 세라믹스의 공진주파수 온도계수(τf)의 변화를 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명에 의한 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스에 있어서 900℃에서 소결한 BaCuB2O5 첨가량 변화에 따른 0.95Al2O3 + 0.05TiO2 세라믹스의 상대밀도 변화를 나타낸 그래프.
Claims (11)
- 하기의 [조성식 1]로 표현되는 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스.[조성식 1]x(0.95Al2O3 + 0.05TiO2) + yBaCuB2O5여기서, x, y는 몰분율(molar fraction)이고,0 〈 y ≤ 0.15x 이다.
- 제 1 항에 있어서,상기 조성물은 875 ~ 925 ℃의 온도에서 소결되는 것을 특징으로 하는 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스.
- 제 1 항에 있어서,상기 0.95Al2O3 + 0.05TiO2 조성물은 Al2O3상 및 TiO2상이 공존하는 것을 특징으로 하는 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스.
- Al2O3 및 TiO2가 혼합된 시료분말을 분쇄 및 건조시키고, 제 1 하소 공정을 수행하여 0.95Al2O3 + 0.05TiO2 의 조성식을 갖는 제 1 분말을 제조하는 단계;BaO, CuO 및 B2O3가 혼합된 시료분말을 분쇄 및 건조시키고, 제 2 하소 공정을 수행하여 BaCuB2O5 의 조성식을 갖는 제 2 분말을 제조하는 단계;상기 제 1 분말 및 상기 제 2 분말을 혼합하되, 상기 제 1 분말의 몰분율(molar fraction) 100에 대하여 상기 제 2 분말의 몰분율(molar fraction) 0초과 15이하로 혼합하고, 분쇄 및 건조 공정을 수행하여 제 3 분말을 제조하는 단계;상기 제 3 분말을 기판을 정의하는 형틀에 넣고 가압하여 성형체를 형성하는 단계; 및상기 성형체에 소결 공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 제 1 하소 공정은 1150 ~ 1250 ℃의 온도에서 3 ~ 5 시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 제 2 하소 공정은 700 ~ 800 ℃의 온도에서 2 ~ 4 시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 제 1 분말 및 상기 제 2 분말을 혼합하는 공정은 알코올 용매와 함께 24 ~ 36 시간 동안 혼합하는 것을 특징으로 하는 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 소결 공정은 875 ~ 925 ℃의 온도에서 2 ~ 4 시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 소결공정을 수행한 성형체는 유전상수(εr) 4.96 ~ 8.53가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 소결공정을 수행한 성형체는 품질계수(Q×f) 5520 ~ 16200GHz가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 소결공정을 수행한 성형체는 공진주파수 온도계수(τf) -12.50 ~ 1.40 ppm/℃가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080034244A KR100915909B1 (ko) | 2008-04-14 | 2008-04-14 | 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080034244A KR100915909B1 (ko) | 2008-04-14 | 2008-04-14 | 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스 및 그 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR100915909B1 true KR100915909B1 (ko) | 2009-09-07 |
Family
ID=41355410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020080034244A KR100915909B1 (ko) | 2008-04-14 | 2008-04-14 | 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스 및 그 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100915909B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112047728A (zh) * | 2020-09-28 | 2020-12-08 | 成都万士达瓷业有限公司 | 一种Al2O3陶瓷基片的制造方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR950029230A (ko) * | 1994-04-21 | 1995-11-22 | 이헌조 | 박막자기헤드용 비자성 세라믹 기판 |
| JP2000016867A (ja) | 1998-07-02 | 2000-01-18 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ＴｉＯ２焼結体、該ＴｉＯ２焼結体の製造方法および前記ＴｉＯ２焼結体を用いた高温部材 |
| KR20060022740A (ko) * | 2004-09-07 | 2006-03-13 | 이덕록 | 항균성 원적외선 방사용 세라믹 조성물 |
| KR100663972B1 (ko) | 2005-08-25 | 2007-01-02 | 충주대학교 산학협력단 | Ａｌ2Ｏ3가 첨가된 ＰＭＮ-ＰＺＴ 압전세라믹 및 그제조방법 |
-
2008
- 2008-04-14 KR KR1020080034244A patent/KR100915909B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR950029230A (ko) * | 1994-04-21 | 1995-11-22 | 이헌조 | 박막자기헤드용 비자성 세라믹 기판 |
| JP2000016867A (ja) | 1998-07-02 | 2000-01-18 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ＴｉＯ２焼結体、該ＴｉＯ２焼結体の製造方法および前記ＴｉＯ２焼結体を用いた高温部材 |
| KR20060022740A (ko) * | 2004-09-07 | 2006-03-13 | 이덕록 | 항균성 원적외선 방사용 세라믹 조성물 |
| KR100663972B1 (ko) | 2005-08-25 | 2007-01-02 | 충주대학교 산학협력단 | Ａｌ2Ｏ3가 첨가된 ＰＭＮ-ＰＺＴ 압전세라믹 및 그제조방법 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112047728A (zh) * | 2020-09-28 | 2020-12-08 | 成都万士达瓷业有限公司 | 一种Al2O3陶瓷基片的制造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100426219B1 (ko) | 유전체 세라믹 조성물 및 이를 이용한 적층부품의 제조방법 | |
| US20010051584A1 (en) | Dielectric ceramic composition and method for producing the same, and device for communication apparatus using the same | |
| JP5580871B2 (ja) | 非ガラス系マイクロ波誘電体 | |
| CN104003722A (zh) | 可低温烧结的超低介电常数微波介电陶瓷Li3AlV2O8及其制备方法 | |
| CN104387057B (zh) | 一种温度稳定型钛基尖晶石微波介质陶瓷及其低温制备方法 | |
| CN103467095A (zh) | 可低温烧结的微波介电陶瓷SrCuV2O7及其制备方法 | |
| KR100557853B1 (ko) | 인산염계 저유전율 세라믹 조성물 | |
| KR102189481B1 (ko) | 고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물, 그에 의한 고주파 소자용 세라믹 기판 및 그의 제조방법 | |
| KR100915909B1 (ko) | 기판용 저온 소성 유전체 세라믹스 및 그 제조방법 | |
| EP1289909A1 (en) | A dielectric ceramic composite | |
| CN109053189A (zh) | 一种低介电常数高性能微波介质陶瓷材料、制备方法及应用 | |
| CN110066170B (zh) | 一种高q值低温烧结复合微波介质陶瓷材料及其制备方法 | |
| KR100842854B1 (ko) | 저온 소결용 마이크로파 유전체 세라믹스 및 그 제조방법 | |
| CN105565808A (zh) | 一种低温共烧微波介质陶瓷材料及其制备方法 | |
| KR20090117412A (ko) | 고품질계수 저유전율 유리-세라믹 조성물 | |
| KR100632393B1 (ko) | 저온소성 세라믹 다층 패키지용 고유전율 유전체 세라믹조성물 | |
| KR20050078073A (ko) | 온도특성 제어가 가능한 저온소성용 고유전율 세라믹 조성물 | |
| KR101089447B1 (ko) | 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물 및 이를 이용한 마이크로파 유전체 세라믹스 제조방법 | |
| KR101089495B1 (ko) | 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물 및 이를 이용한 마이크로파 유전체 세라믹스 제조방법 | |
| KR100563453B1 (ko) | 유전체 세라믹 조성물 및 그 제조 방법 | |
| KR20050105392A (ko) | 저온 소성용 마이크로파 유전체 세라믹 조성물 및 그의제조 방법 | |
| JP4368136B2 (ja) | 誘電体磁器組成物 | |
| KR100582983B1 (ko) | 저온 소성용 마이크로파 유전체 세라믹 조성물 및 그의제조 방법 | |
| JP3813918B2 (ja) | 誘電体磁器組成物及びこれを用いた電子部品 | |
| CN117024131A (zh) | 一种低介低损耗高强度ltcc材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120814 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130816 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140828 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150818 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160822 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |