[논문]고주파 이동통신기기용 칩형 세라믹 안테나를 위한 유전체재료의 제조 및 특성 평가

이회관; 이용수; 황성건; 강원호

[국내논문] 고주파 이동통신기기용 칩형 세라믹 안테나를 위한 유전체재료의 제조 및 특성 평가
Fabrication and Properties of Dielectric Materials used for Mobile Phone Antenna Chip Type 원문보기

이회관 (단국대학교 신소재 공학과) , 이용수 (단국대학교 신소재 공학과) , 황성건 (단국대학교 신소재 공학과) , 강원호 (단국대학교 신소재 공학과)

본 연구에서는 고주파 이동통신 기기용 칩형 세라믹 안테나의 사용을 위한 저유전율 및 저온동시소성이 가능한 CaO-B2O3-SiO2계 유리를 제조하고자 하였다. 제조된 CaO-B2O3-SiO2계 유리는 열분석을 통하여 낮은 연화온도를 갖는 안정한 유리조성을 선정하였다. 유리분말을 이용하여 성형된 샘플은 소결온도에 따른 특성을 조사하였다. 소결온도변화에 따라 유전율(${\epsilon}_r$)은 4-4.5값을 나타냈으며, 유전손실(tan$\delta$)은 <$0.1\%$ 보였으나, 품질계수(Q$\times$f)는 큰 변화폭을 보였다.

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문제 정의

본 연구에서는 고주파 이동통신기기용 안테나에 적합한 재료를 개발하는 것으로서 마이크로파 영역 및 그 이상에서도 요구하는 특성에 부응할 수 있는 저 온 동시 소성 세라믹 재료 (Low Temperature Co-fired Ceramics ; LTCC)를 제조 특성평가 하였다.

제안 방법

용융시간까지의 승온속도는 lOKVnin로 선정하였으며, 용융물은 미리 가열된 흑연판 위에 부어 시편을 제조하였다.모유리의 열적 특성을 분석하기 위해 먼저 모유리를 powder로 분쇄한 후 시차열분석(DTA) 을 실시하였으며, 또한 제조된 유리시편은 $ 5mmX10mm의 원기둥형으로 열분석용 시편을 제조 하였다. 선정된 조성별로 준비된 시편은 TMA(Rigaku, TMA 8140)를 이용하여 유리전이점 (Tg), 연화점(Ts) 및 열팽창계수(a)를 측정하였다.
모유리의 열적 특성을 분석하기 위해 먼저 모유리를 powder로 분쇄한 후 시차열분석(DTA) 을 실시하였으며, 또한 제조된 유리시편은 $ 5mmX10mm의 원기둥형으로 열분석용 시편을 제조 하였다. 선정된 조성별로 준비된 시편은 TMA(Rigaku, TMA 8140)를 이용하여 유리전이점 (Tg), 연화점(Ts) 및 열팽창계수(a)를 측정하였다. 제조된 유리분말은 조분쇄 및 미분쇄를 거쳐 평균 입도는 - 1.
시편 의 소결은 공기중 상압하에서 상온부터 소결 온도 (700~llOOP)까지 SC/min.의 속도로 숭온하였으며 2시간 동안 유지한 후 상온까지 로냉하여 제조된 시 편의 소결수축률과 유전 특성을 관찰하였다.

대상 데이터

유리 조성은 CaO-B2O₃-SiO₂계 유리로, 유리망목 형성산화물인 SiG와 B2O₃ 양이 0~60wt% 인 범위 내에서 안정한 유리화 조건 선정하였으며, Fig. 1.에 나타내었다⑸. 유리제조는 Extra pure급 시약인 SiO₂(Junsei chemical co.
에 나타내었다⑸. 유리제조는 Extra pure급 시약인 SiO₂(Junsei chemical co., 99.5%), CaCO₃ (Yakuri pure chemicals co., 99%), H₃BO₃(S.P.C chemical co., 99.5%)를 출발원료로 사용하여 유리 100g 기준 뱃치로 조합한 후 뱃치를 V-mixer를 이용해 30분간 혼합한 후 Pt crucible에 넣어 전기로에서 조성에 따라 1350~ 155(TC에서 용융하였다. 끓어 넘치는 것을 막기 위하여 450X:에서 30분간 유지하였으며, 조성 에 따라 800 ~9001C에서 30분간 하소를 실시하였다.
끓어 넘치는 것을 막기 위하여 450X:에서 30분간 유지하였으며, 조성 에 따라 800 ~9001C에서 30분간 하소를 실시하였다. 용융시간까지의 승온속도는 lOKVnin로 선정하였으며, 용융물은 미리 가열된 흑연판 위에 부어 시편을 제조하였다.모유리의 열적 특성을 분석하기 위해 먼저 모유리를 powder로 분쇄한 후 시차열분석(DTA) 을 실시하였으며, 또한 제조된 유리시편은 $ 5mmX10mm의 원기둥형으로 열분석용 시편을 제조 하였다.
선정된 조성별로 준비된 시편은 TMA(Rigaku, TMA 8140)를 이용하여 유리전이점 (Tg), 연화점(Ts) 및 열팽창계수(a)를 측정하였다. 제조된 유리분말은 조분쇄 및 미분쇄를 거쳐 평균 입도는 - 1.28/zm을 갖는 유리파우더를 제조 하였으며, 형태를 가진 시편을 제조하기 위하여 lOOOkg/ctf의 압력으로 일축 가압성형하여 지름 15 mm, 높이 7mn의 실린더형 성형체를 제조하였다. 시편 의 소결은 공기중 상압하에서 상온부터 소결 온도 (700~llOOP)까지 SC/min.
C/(S+B)의 비율이 1이하인 40wt%의 CaO를 함유한 조성의 경우 모두 투명하지 않은 유리가 얻 어졌으며, 이외의 조성의 경우는 맑고 투명한 모유 리를 제조할 수 있음을 알 수 있다. 본 실험에서는 안정한 유리화 조건을 만족하는 조성 중 clear glass 영역을 갖으며, 열분석에서 얻어진 결과 연화온도가 낮은 4B1S와 3B1S를 선정하여 두 가지 조성의 유리 를 대상으로 실험을 진행하였다.
28/® 임을 알 수 있었다. 준비된 유리분말은 binder 및 일축 가압성형을 통하여 15mmx7mm의 실린더형 성형체를 제조하였다. 소결 수축률의 경우 4B1S번 조성만 800℃ 부근에서 팽창이 일어났을뿐 대체적으로 수축하였으며 , 수축률값이 14.
고주파 이동통신기기용 칩형 세라믹 안테나를 위한 유전체재료로 마이크로파 영역에서 요구하는 특성에 부응할 수 있는 저온 동시 소성 세라믹 재료를 제조하가 위하여 CaO-B2O₃-SiO₂계 글라스를 선정 하였으며, 열분석 결과 선정된 4B1S와 3B1S 조성에 대하여 소결 수축율은 온도가 증가함에 따라 감소 및 일정함 범위를 보였으며, 유전율은 4-4.5로 저유 전율을 나타내었다. 또한 유전손실은 <0.

이론/모형

제조된 시편의 유전율(3), Quality factor((2)를 Hakld-Coleman 의 금속 공진기 방법에 의해 network analyser(HP 8753E)를 이용하여 유전특성을 측정하였다. 8000에서 소성한 4B1S번 조성은 유전율이 3.

성능/효과

제조된 유리는 조분쇄 및 미분쇄 과정을 거쳐 분발 화 하였으며, 입도분석 결과 평균입도는 1.31 ㎛ -1.28/® 임을 알 수 있었다. 준비된 유리분말은 binder 및 일축 가압성형을 통하여 15mmx7mm의 실린더형 성형체를 제조하였다.
5를 나냈다. 유전손실은 0.1 이하로 매우 낮았으며, 품질계수는 80(/0에서 소성한 4B1S의 시편이 대체적으로 다른 시편보다 높은 것을 알 수 있었다.
5로 저유 전율을 나타내었다. 또한 유전손실은 <0.1%였으며, 품질계수는 주파수 영역에 따라 불규칙한 변화를 보였다.

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