KR0134532B1 - 고주파용 유전체 자기조성물 및 그 제조방법 - Google Patents
고주파용 유전체 자기조성물 및 그 제조방법Info
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Abstract
본 발명은 Ba(Zn1/3Ta2/3)O3계 고주파용 유전체 자기조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 종래에 개발된 유전체 자기로는 유전율이 40이하이나 낮은 유전손실을 갖는 Ba(M+21/3M+52/3)O3(M+2=Mg, Zn, M+5=Ta, Nb)계, Ba2Ti9O20계 및 (Zr, Sn)TiO4계와, 유전손실은 비교적 크지만 (Qxf010000) 유전율이 80 이상인 BaO- Sm2O3-TiO2계, (Ba, Pb)O-Nd2O3-TiO2계 및 (Pb, Ca)ZrO3계가 있으나, 일반적으로 유전율이 큰 재료는 유전체
내부의 쌍극자와 결함 등으로 인하여 유전손실과 공진주파수의 온도계수가 증가하게 되며, 특히 고주파용 세라믹 유전체는 우선적으로 공진주파수의 온도계수가 0±10ppm/℃ 정도로 안정하여야 응용이 가능하다.
이에 본 발명은 Ba(Zn1/3Ta2/3)O3조성계에 MnO2를 1mol%, B2O3를 2wt%까지 첨가함으로써 낮은 소결온도에서 소결조제의 휘발이 없이 대량생산이 가능함과 더불어 우수한 유전특성, 품질계수, 공진주파수 온도계수를 갖도록 한 것이다.
Description
본 발명은 Ba(Zn1/3Ta2/3)O3계를 기본조성으로 하는 고주파용 저손실 세라믹 유전체 재료에 관한 것으로, 기본조성에 소결조제로서 산화붕소(B2O3) 및 산화망간(MnO2)을 소량 첨가하여 낮은 소결온도에서 소결조제의 휘발이 없이 대량생산이 가능함과 더불어 우수한 유전특성, 품질계수, 공진주파수 온도계수를 갖도록 한 고주파용 유전체 자기조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 무선전화기, 자동차 전화기 등의 이동통신 및 위성방송, 위성통신 등에 마이크로파(주파수 대역 300MHz부터 300GHz)를 이용한 통신시스템이 현저하게 발전하고 있으며, 이러한 뉴미디어의 실용화에 사용되는 공진기, 대역통과(또는 저지) 필터 및 마이크로파 집적회로(MIC : Microwave Intergrated Circuit) 등에 고주파용 세라믹 유전체의 응용이 크게 증대되고 있다.
이러한 고주파용 세라믹 유전체가 통신시스템에 사용되기 위해서는 먼저, 유전체 내에서 전파의 파장은 유전율의 1/2승에 반비례하므로 부품의 소형화를 위해서는 유전율이 커야 하며, 유전손실은 주파수에 비례하여 증가하게 되므로 고주파의 고성능화를 위해서는 Q값(유전손실의 역수)이 높아야 하고, 유전체 공진기의 공진주파수의 온도계수가 작아야 한다. 또한, 부수적으로 경시변화가 작고, 열전도율이 커야 하며, 높은 기계적 강도 등이 요구된다.
종래에 개발된 유전체 자기로는 유전율은 40이하이나 낮은 유전손실을 갖는 Ba(M+2 1/3M+5 2/3)O3(M+2=Mg, Zn, M+5=Ta, Nb)계, Ba2Ti9O20계 및 (Zr, Sn)TiO4계와, 유전손실은 비교적 크지만 (Qxf010000) 유전율이 80 이상인 BaO-Sm2O3-TiO2계, (Ba, Pb)O-Nd2O3-TiO2계 및 (Pb, Ca)ZrO3계가 있다.
일반적으로 유전율이 큰 재료는 유전체 내부의 쌍극자와 결함 등으로 인하여 유전손실과 공진주파수의 온도계수가 증가하게 되며, 특히 고주파용 세라믹 유전체는 우선적으로 공진주파수의 온도계수가 0±10ppm/℃ 정도로 안정하여야 응용이 가능하다.
본 발명에서 세라믹스에 기공이 존재할 때 기공의 유전상수는 1로서, 이와같이 세라믹스의 유전상수가 급격히 저하되면 계면에서의 손실에 의해 품질계수 또한 크게 감소한다. 따라서, 고주파 유전특성의 증가는 세라믹스의 치밀화에 기인한 것임을 알 수 있다.
아래의 표1은 본 발명에 따라 Ba(Zn1/3Ta2/3)O3계 고주파 세라믹 유전체의 MnO2및 B2O3첨가량에 따른 고주파 유전특성 및 공진주파수 온도계수의 변화를 나타낸 것으로 B2O3를 첨가하지 않은 시편(No 37∼42)의 경우에는 고주파 유전특성이 고주파용 세라믹 유전체로 사용하기에는 유전손실 및 공진주파수 온도계수가 큰 것을 알 수 있고, B2O3를 소량 첨가하였을 경우(No 5, 6, 11, 12)에는 소결시 생성되는 액상에 의해 유전상수와 품질계가 증가되어 액상의 치밀화에는 크게 도움을 주지만 유전상수가 낮으므로 소결온도가 높아지며, 과량으로 존재하게 되면(No 17, 18, 23, 24), 유전상수가 감소하며 역시 계면손실에 의해 품질계수도 감소하게 된다.
한편, B2O3를 과량 첨가할 경우(No 23, 24, 29, 30, 35, 36)에는 소결온도가 올라감에 따라 유전상수 및 품질계수가 더욱 감소하게 되는데, 이는 첨가된 B2O3가 Ba(Zn1/3Ta2/3)O3와 반응을 일으킴으로써 나타난 결과로 설명된다.
본 발명에서 적당량의 B2O3를 첨가하면(No 1∼12), 소결온도가 올라감에 따라 품질계수가 증가하는데, 이는 Ba(Zn1/3Ta2/3)O3격자의 규칙화로 설명할 수 있다. Ba(Zn1/3Ta2/3)O3는 perovskite 구조로서, B자리에 Zn+2이온과 Ta+5이온을 각각 1/3과 2/3를 함유하는 화합물로서, 소결온도와 소결시간이 충분할 경우에 1:2 ordering을 이루어 hexagonal 구조를 형성하게 되며, 이로서 품질계수가 증가하게 되는 것이다.
세라믹 유전체의 공진주파수 온도계수는 B2O3의 첨가량이 증가할수록 (-)에서 (+)로 변화함을 알 수 있으며, 소량의 B2O3를 첨가할 경우(No 5, 6, 11, 12) -1.49∼+0.48ppm/℃로서 매우 안정하게 된다.
이상과 같은 결과로부터 B2O3의 첨가량은 0.25∼0.5wt% 정도가 가장 적당함을 알 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의한 고주파용 유전체 자기조성물의 조성 및 제조방법을 다음의 실시예를 통하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, BaCO3, ZnO, Ta2O5를 기본원료로 하여 Ba(Zn1/3Ta2/3)O3가 되도록 정확히 칭량한 후, 알코올과 지르코니아볼을 매체로 하여 12시간 동안 습식혼합과 분쇄를 행하고, 완전히 건조하였다.
혼합분말은 1200℃에서 2시간 동안 하소하여 합성한 후, 각각 MnO2를 1.0mol%, 그리고 소결조제로 B2O3를 0.25, 0.5, 1, 1.5, 2wt% 첨가하여 지르코니아볼을 사용하여 다시 12시간 동안 혼합하여 건조하였다.
이 분말을 직경이 10㎜인 금속제 mould에서 1ton/㎠의 압력으로 가압하여 두께가 4∼5㎜인 시편을 성형하였다.
성형된 시편은 전기로를 이용하여 1250∼1500℃ 사이의 온도에서 3∼12시간 동안 소결하였다. 이 때, 유기물의 휘발을 위하여 600℃에서 1시간 유지하였으며, 승온속도와 냉각속도는 600℃/hr이었다.
이와 같은 본 발명 실시예에서의 시험조건은 소결체의 유전율을 두장의 은판 사이에서 TE11공진모드를 이용하는 Hakki-Coleman의 방법으로 10GHz에서 측정하였으며, Q값은 Kobayashi와 Tanaka의 방법으로 측정 및 계산하였고, 공진주파수의 온도계수는 +25∼65℃ 사이에서 측정하여 계산한 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 고주파용 유전체 자기조성물은 Ba(Zn1/3Ta2/3)O3계의 기본조성에 소결조제로서 산화붕소(B2O3) 및 산화망간(MnO2)을 소량 첨가함으로써 낮은 소결온도에서 소결조제의 휘발이 없이 대량생산이 가능함과 더불어 우수한 유전특성, 품질계수, 공진주파수 온도계수를 갖게 되는 효과가 있는 것이다.
Claims (3)
- 다음의 조성계 Ba(Zn1/3Ta2/3)O3에 MnO2를 1.0mol%, B2O3를 2wt%까지 첨가한 것을 특징으로 하는 고주파용 유전체 자기조성물.
- 제1항에 있어서, B2O3의 첨가량이 0.25∼0.5wt%인 것을 특징으로 하는 고주파용 유전체 자기조성물.
- BaCO3, ZnO, Ta2O5를 기본원료로 하여 Ba(Zn1/3Ta2/3)O|3가 되도록 칭량한 후, 알코올과 지르코니아볼로 12시간 동안 습식혼합과 분쇄를 행하고, 건조하는 공정과, 혼합분말을 1200℃에서 2시간 동안 하소하여 합성한 후, 각각 MnO2를 1.0mol%, 그리고 소결조제로 B2O3를 0.25, 0.5, 1, 1.5, 2wt% 첨가하여 지르코니아볼을 사용하여 다시 12시간 동안 혼합하여 건조하는 공정과, 이 분말을 1ton/㎠의 압력으로 가압하여 두께가 4∼5㎜인 시편을 성형하는 공정과, 성형된 시편을 전기로를 이용하여 1250∼1500℃ 사이의 온도에서 3∼12시간 동안 소결하는 공정의 순서로 수행함을 특징으로 하는 고주파 유전체 자기조성물의 제조방법.
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1995
- 1995-05-04 KR KR1019950011005A patent/KR0134532B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100427796B1 (ko) * | 2001-06-25 | 2004-04-28 | 주식회사 케이엠더블유 | 유전체 자기 조성물 및 그 제조방법 |
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| KR960041127A (ko) | 1996-12-19 |
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