[논문]Glass Frit 및 TiO2 첨가에 따른 LTCC용 마이크로파 유전체의 유전 특성

윤중락; 이석원; 이헌용

doi:10.4313/jkem.2004.17.9.942

Glass Frit 및 TiO2 첨가에 따른 LTCC용 마이크로파 유전체의 유전 특성
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The crystalline and dielectric properties on Al$_2$O$_3$ filled glass frit (CaO-Al$_2$O$_3$-SiO$_2$-MgO-B$_2$O$_3$) with admixtures of TiO$_2$ have been investigated. The dielectric constant value of 7.5 ∼ 7.8, qualify factor value of 700 were obtained for glass frit : Al$_2$O$_3$(50 : 50 wt%) ceramics. Addition of TiO$_2$ less than 5 wt% slightly increased the dielectric constant from 7.8 to 8.8 due to higher dielectric constant of TiO$_2$. With increasing the amount of TiO$_2$ up to 5 wt%, the temperature coefficient of dielectric properties was improved. When the TiO$_2$ 5 wt% were added, dielectric properties were dielectric constant 8.8, quality factor 840 and the temperature coefficient of dielectric 45 ppm/$^{\circ}C$ at a sintering temperature 920$^{\circ}C$.

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문제 정의

일반적으로 유전율의 온도계수는 기존의 보고에 의하며 대수 혼합 법칙적용이 가능함을 보고한 바가 있다. 따라서 본 논문에서는 유전율 온도계수가 -750 인 TiOz를 첨가하여 유전율 온도계수를 감소시키고자하였다. TiO₂ 첨가량 10 wt%까지는 첨가량 증가및 소결 온도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보이는 데 비하여 TiQ가 15 wt%에서는 예상과는달리 유전율의 온도계수가 증가하는 양상을 보인디.
본 연구에서는 GSM/DCS/PCS 다중채널용 이동통신용 단말기 에 이 용되는 일체형 적 층 칩 부품의 하나인 안테나 스위치 모듈을 제작하기 위한 저온 소결 유선 재료를 연구하였다. 저온 소결 유전체 재료로서 고주파 유전 특성이 우수한 CaO A120:「Mg0-B2O₃-SiQ? 계를 주성분으로 하는 유리 프릿에 세라믹 충진제로서 낮은 유전율과 고주파 유전 손실이 적은 ALCh를 첨가하여 유리 조성 빛 소결온도에 따른 소결 및 유전특성을 조사하였으며, 고주파용 유전체로서 사용시 중요한 온도 특성을 개선하기 위해 TiOj 첨가하여 첨가량이 온도 특성에 미치는 영향을 연구하였匸}.

제안 방법

충진제 로서 出2。3를 한 조성 에 TiO2를 첨 가하여 소결 및 유전특성을 조사하여 다음과 특성을 얻었다.
계를 주성분으로 하는 유리 프릿에 세라믹 충진제로서 낮은 유전율과 고주파 유전 손실이 적은 ALCh를 첨가하여 유리 조성 빛 소결온도에 따른 소결 및 유전특성을 조사하였으며, 고주파용 유전체로서 사용시 중요한 온도 특성을 개선하기 위해 TiOj 첨가하여 첨가량이 온도 특성에 미치는 영향을 연구하였匸}.
유전 특성은 HP社 4192A를 이용하여 1 MHz에서의 용량과 품질계수(Q) 값을 측정하였으며 온도특성은 유전 특성 온도 측정기 (S&A Inc)를 이용하여 55 ℃ ~ 125 笆에서 용량 변화를 측정하여 계산하였나. 또한, 소결온도 및 첨가량에 따른 결정상의 변화를 분석하기 위해 XRDtRigaku 社, Japan) 분석을 행하였다.
원료 분말을 표 1과 같이 평량한 후 알루미나 볼을 이용하여 6시간 건식 혼합하였다. 건식 혼합한 원료름 백급도가니를 이용하여 1500 ℃ 에서 2시간용융한 후 상온으로 급냉하여 유리을 제작하였다.
건식 혼합한 원료름 백급도가니를 이용하여 1500 ℃ 에서 2시간용융한 후 상온으로 급냉하여 유리을 제작하였다. 유리는 막자사발을 이용하여 1차 분쇄한 후 고강도 알루미나 용기에 알루미나 볼과 알코올을 넣고 50시간 볼밀하여 평균입경이 1-1.5 um인 유리 프릿을 제작하였다.
본 소결은 810 ℃-890 ℃ 범위에서 1시간 유지하였으며 이후 노냉하였다. 유전 특성은 HP社 4192A를 이용하여 1 MHz에서의 용량과 품질계수(Q) 값을 측정하였으며 온도특성은 유전 특성 온도 측정기 (S&A Inc)를 이용하여 55 ℃ ~ 125 笆에서 용량 변화를 측정하여 계산하였나. 또한, 소결온도 및 첨가량에 따른 결정상의 변화를 분석하기 위해 XRDtRigaku 社, Japan) 분석을 행하였다.

대상 데이터

본 실힘에 사용한 유리 조성은 표 1로서 99 % 이상의 순도를 가지는 원료 분말을 사용하였다. 원료 분말을 표 1과 같이 평량한 후 알루미나 볼을 이용하여 6시간 건식 혼합하였다.
세라믹 충전제로서 A12O₃ 분말(ALM-43, Sumi tomo Chemical Co.)을 사용하였으며 유전특성 및 소결온도를 고려하여 Al2O:i 분말과 유리 프릿을 무게비 50 : 50으로 하여 볼 밀로 혼합하였다. 혼합한 원료는 PVA 바인더를 첨가한 후 1 ton/cm'2 의 압력으로 성형하였다.

성능/효과

1) 유리프릿과 AI2O3가 50 : 50 wt%에서 850 ℃부터 유전율 7.5~7.8, 품질계수 700이상의 유전특성을 얻을 수 있었다.
2) 유리 프릿과 AI2O3가 50 : 5 Owt%에서 TiG를 첨가시 유전율의 온도계수와 유전율이 새로운 상((Ca, Mg)2TiSi2O& TiG)이 생성되어 유전 특성을 변화시킴을 볼 수 있다.
3) 유리 프릿과 AI2O3가 50 : 50 wt%인 조성에 TiG를 5 wt%하고 92 ℃ 소결시 유전율 8.8, 유전율의 온도계수 45 ppm/℃, 품질계수 840의 유전특성을 얻을 수 있었다.
따라서 본 논문에서는 유전율 온도계수가 -750 인 TiOz를 첨가하여 유전율 온도계수를 감소시키고자하였다. TiO₂ 첨가량 10 wt%까지는 첨가량 증가및 소결 온도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보이는 데 비하여 TiQ가 15 wt%에서는 예상과는달리 유전율의 온도계수가 증가하는 양상을 보인디..
XRD 분석 결과 anorthite 형 (Ca, MGAkSiK*상이 주상으로 나타나고 TiO₂ 첨가량이 증가함에 따라 (Ca, Mg)2TiSi2O₈상과 TiO₂ 상이 다수 존재함을볼 수 있다. 이와 같은 결과는 (Ca, Sr, Ba)O-Al2O₃- SiO"TiC>2계의 결정상시 주상으로 (Ca, SrBa) 爲2网08상과 (Ca, Sr, Ba)2TiSi2O₈상이 공존하고 이차상으로 TiOa 유리상이 존재한다는 결과와 유사한 결과를 나타낸다[6].
Tit》를 첨가량에 따라 유전율의 온도 계수가감소하는 것은 대수 혼합 법칙에 의한 것으로 예상되며 그림 4의 XRD 결과와도 유사한 경향을 보임을 볼 수 있다. 본 실험에서는 TiO₂ 함량이 5 wt%이고 소결 온도가 920 ℃ 인 경우 유전율의 온도계수가 45 ppm/℃로서 우수한 특성을 보인다. TiO₂ 첨가량이 10 wt%부터 유전율의 온도계수의 감소가 적게 나타나는 것은 TiO₂ 로 인해 새로운 유리상이 생성되어 나타나는 것으로 예상되며 Koichiro TUZUKU등[6]의 보고에 의하면 유전율의 온도계수가 -110 ppm/℃인 (Ca, Mg)2TiSi2O₈ 계가 생성된다고 하였다.
나타나지 않았다. 소결 온도 증가에 따라 유전율은 증가하는 양상을 보이나 850 ℃부터는 유전율이 7.5~7.8로서 기존에 발표된 저온소결 유전체 재료와 유사 값을 나타내었다[4, 5] 일반적으로 유전율은 조성에 의한 영향과 밀도에 의한 영향으로 알려져 있는데 본 논문에서는 조성에 의한 영향보다는 소결이 충분히 이뤄지지 않아 시편 내부에 유전율이 1인 기공이 많이 있어 나타나는 결과로 볼 수 있다.

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