KR100212583B1

KR100212583B1 - 고주파 유전체 조성물

Info

Publication number: KR100212583B1
Application number: KR1019960064602A
Authority: KR
Inventors: 윤중락
Original assignee: 한명희; 삼화콘덴서공업주식회사
Priority date: 1996-12-12
Filing date: 1996-12-12
Publication date: 1999-08-02
Also published as: KR19980046286A

Abstract

본 발명은 고주파 유전체 조성물에 관한 것으로, BaTiO₃-Nd₄Ti₅O₁₆-Bi₂Ti₂O₇-TiO₂계 세라믹스의 고주파 유전체 조성물에 있어서, 23.2531.3wt의 BaTiO₃와, 53.652.1wt의 Nd₄Ti₅O₁₆와, 9.359.0wt의 Bi₂Ti₂O₇및 13.88.8wt의 TiO₂의 산화물로 구성되어 이루어져 기본 원료를 Nd₂O₃나 Bi₂O₃등을 단독으로 사용하지 않고 합성된 Nd₄Ti₅O₁₆, Bi₂Ti₂O₇을 이용하여 BaTiO₃및 TiO₂와 혼합시 비중이 비슷하여 균일한 혼합 효과를 얻을 뿐만 아니라, 안정된 상을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 조성물에 적당량의 AB₂O₆, A₂B₂O₇(A : Ni, Co, B : Ta, Nb)를 첨가하여 높은 재현성을 가지며 공진주파수 온도계수의 조절이 가능한 우수한 유전 특성을 얻을 수 있는 발명이다.

Description

고주파 유전체 조성물

본 발명을 고주파 유전체 조성물에 관한 것으로, 더 상세하게는 고주파용 유전체 공진기 및 대역통과 필터 제작시 높은 재현성을 가지는 고주파용 유전체 조성물을 얻을 수 있도록 제조공정에서 첨가제를 이용하여 공진주파수 온도계수를 조절함으로써 하소, 소결온도, 원료의 종류에 따라 쉽게 변화하는 양상에 둔감한 BaTiO₃-Nd₄Ti₅O₁₆-Bi₂Ti₂O₇-TiO₇계 세라믹스의 고주파 유전체 조성물에 관한 것이다.

현재 고주파 부품들과 관련된 기술들은 세계 선진기술국 뿐만 아니라 국내 관련 업체들로부터도 다양한 발전을 보이고 있으며 이에 대한 경쟁은 날로 심화되고 있는 추세다.

최근 통신량의 증가에 따라 LEO통신 시스템, 900MHz 대역 무선전화기 및 개인 정보 시스템(Personal Communication System, PCS)등과 같은 광대역 통신 시스템 개발이 이루어져 있다. 이러한 고주파를 이용한 개인 정보 시스템의 개발은 필연적으로 개인이 휴대하기에 적합하도록 단말기의 소형화, 고기능화 및 저가격화가 요구되고 있다. 이러한 고주파 대역에서 유전체 재료는 유전체 기판, 도파선로, 안테나 및 기능성 세라믹으로서 대역통과필터 및 유전체 공진기로서 발진기 등에 사용되고 있다. 이러한 고주파 부품에서 유전체의 응용은 높은 유전상수와 품질계수 및 온도 의존성이 낮은 공진주파수가 중요한 인자가 된다.

종래의 기술의 고주파용 유전체 조성물로서는 위성통신과 같은 10GHz 대역에서 높은 품질계수(Qf≥100,000)를 갖는 복합 페로브스카이트 화합물과 유전을 3040으로서 품질계수 Qfrk 40,00050,000정도를 가지는 BaO-TiO₂계 및 ZrO₂-TiO₂-SnO₂계가 있다. BaO-Nd₂O₃-TiO₂계의 경우, 비교적 높은 유전율(80100)과 높은 품질계수를 갖고 있기 때문에 1968년 B. R. Lee에 의해 연구가 시작된 이래 Kolar등이 BaO-Nd₂O₃-TiO₂계 및 Bi₂O₃를 첨가하였을 때의 유전특성을 연구하였다. 또한 이를 1984년 Wakino등이 BaO-Nd₂OS3-TiO₂계에 PbO을 첨가하여 고주파에서 우수한 유전특성을 갖는 물질에 대한 연구를 한 후, 많은 연구자들에 의해 이 계 및 Nd원소를 Sm, La등과 같은 La족 원소로 치환하여 이의 유전특성에 대한 연구가 활발히 진행중이다.

그러나, 기존의 연구에서는 BaTiO₃, Nd₂O_3,TiO₂, Bi₂O₃, PbO 등을 이용하여 합성함으로써 불균일한 상 및 원하지 않은 2차상이 발생하여 고주파 유전특성을 저하시킨다. 특히, 대량 생산의 경우 혼합시 비중이 큰 Nd₂O₃나 PbO와 같은 성분의 경우 비중차에 의하여 혼합을 불균일하게 하며 고주파 유전특성 및 공진주파수 온도계수의 재현성에 문제를 발생시킨다.

이에 본 발명은 상기 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 합성된 Nd₄Ti₅O₁₆, Bi₂Ti₂O₇을 이용하여 혼합을 균일하게 하였으며 유전체 조성물을 실험한 결과 BaTiO₃, Nd₄Ti₅O₇, Bi₂Ti₂O₇, TiO₂을 주성분으로 하고 적당량의 AB₂O₆, A₂B₂O₇(A: Ni, Co, B: Ta, Nb)를 첨가하여 높은 재현성을 가지며 공진주파수 온도계수의 조절이 가능한 우수한 유전 특성을 얻을 수 있는 고주파 유전체 조성물을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고주파 유전체 조성물의 구성은, 23.2531.3wt의 BaTiO₃와, 53.652.1wt의 Nd₄Ti₅O₁₆와, 9.359.0wt의 Bi₂Ti₂O₇및 13.88.8wt의 TiO₂의 산화물로 구성된 고주파 유전체 조성물에 있어서, 상기 고주파 유전체 조성물에 0.12.0wt의 AB₂O₆, A₂B₂O₇(A: Ni, Co, B: Ta, Nb)를 첨가한 자기조성물로 이루어진다.

상기 구성에 더하여, 상기 BaTiO₃26.531.3wt와, Nd₄Ti₅O₁₆5352.1wt와, Bi₂Ti₂O₇9.29.0wt와, TiO₂11.37.6wt에 83이상의 유전율과 3,200이상의 품질계수를 얻을 수 있도록 0.12.0wt의 AB₂O₆, A₂B₂O₇(A: Ni, Co, B: Ta, Nb)를 첨가하는 것이 바람지하다.

따라서, 상기 구성에 의한 고주파 유전체 조성물은 소결온도에서 83이상의 유전율과 3,200 이상의 품질계수를 얻을 수 있으며, 공진주파수 온도계수를 +15-15ppm/까지 조절이 가능하다.

이하, 본 발명에 따른 고주파 유전체 조성물의 바람직한 실시예를 표 1 및 표 2를 참조하여 설명한다.

표 1은 본 발명의 세라믹스의 고주파 유전체의 조성물의 주성분에 첨가제를 조성한 것을 나타낸 비율표이고, 표 2는 본 발명의 고주파 유전 특성을 나타낸 표이다.

본 발명에 따른 고주파 유전체의 조성물의 구성은, 23.2531.3wt의 BaTiO₃와, 53.6~52.1wt의 Nd₄Ti₅O₁₆와, 9.359.0wt의 Bi₂Ti₂O₇및 13.88.8wt의 TiO₂의 산화물로 구성된다.

아래에 본 발명의 세라믹스의 고주파 유전체의 조성물의 주성분에 첨가제를 첨가한 것을 나타낸 비율표를 참조하여 설명한다.

상기 구성을 이루는 주성분 BaTiO₃와, Nd₄Ti₅O₁₆와, Bi₂Ti₂O₇, TiO₂를 표 1에서 나타낸 바와 같이, 평량하고 순수물과 지르코니아 볼을 이용하여 24시간 혼합 및 건조한다.

상기 건조된 분말을 1100에서 2시간 하소하고, 이 하소한 분말에 AB₂O₆, A₂B₂O₇을 0.12.0wt, 결합제로 PVA를 1.5wt첨가하여 순수물 및 지르코니아 볼을 이용하여 24시간 동안 혼합, 분쇄하였다. 그리고 나서 이를 건조한 후, 200mesh체로 체가름하여 지름 15의 원형 금형을 이용하여 1.5Tom/㎤의 압력으로 성형하였으며 성형 후, 시편의 두께는 6.57로 하였다. 상기 성형 시편은 결합제와 유기물을 완전히 휘발시키기 위하여 300/hr의 승온 속도로 600에서 2시간 유지한 후, 12901360의 소결 온도에서 2시간 유지하였으며 냉각은 노냉하였다. 고주파 유전특성은, 시편의 높이와 직경의 비가 0.450.5이고 표면이 잘 연마된 시편을 두 평행 도체판 사이에 넣고 Network' Analyzer(HP 8720C)를 사용하여 Hakki-Coleman 방법으로 TE 모드에서 공진주파수와 삽입손실, 그리고 3dB에서의 대역폭을 측정하여 유전체의 품질계수(Qf)와 유전율( )를 계산하였다.

공진주파수 온도계수(τf)는 2525와 80에서의 공진주파수를 측정하여 다음식에 의하여 구하였다.

아래의 표 2에서는 소결체의 고주파 유전특성을 나타낸 것으로 하기의 표를 참조하여 설명하도록 한다.

이와같이, 유전율 8599, 품질계수 3,2005,700(측정주파수 3.5GHz대역), 공진주파수 온도계수 τf=40-15ppm/의 특성을 얻었으며 고주파용 공진소자 및 대역 통과필터소자로서 사용하기에 적합한 것이다.

이상에서와 같이 본 발명의 경우에 있어서, 기본 원료를 Nd₂O₃나 Bi₂O₃등을 단독으로 사용하지 않고 합성된 Nd₄Ti₅O₁₆, Bi₂Ti₂O₇을 이용하여 BaTiO₃및 TiO₂와 혼합시 비중이 비슷하여 균일한 혼합 효과를 얻을 뿐만 아니라, 안정된 상을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 조성에 적당량의 AB₂O₆, A₂B₂O₇(A: Ni, Co, B: Ta, Nb)를 첨가하여 높은 재현성을 가지며 공진주파수 온도계수의 조절이 가능한 우수한 유전특성을 얻을 수 있다. 그리고, BaTiO₃26.531.3wt와, Nd₄Ti₅O₁₆5352.1wt와, Bi₂Ti₂O₇9.29.0와, TiO₂11.37.6wt에 0.12.0wt의 AB₂O₆, A₂B₂O₇(A: Ni, Co, B: Ta, Nb)를 첨가하여 12901360의 소결온도에서 83이상의 유전율과 3,200이상의 품질계수(Qf)를 얻을 수 있으며, 공진주파수 온도계수를 +15-15ppm/까지 조절이 가능하다.

Claims

고주파 유전체 조성물에 있어서, 23.2531.3wt의 BaTiO₃와, 53.652.1wt의 Nd₄Ti₅O₁₆와, 9.359.0wt의 Bi₂Ti₂O₇및 13.88.8wt의 TiO₂의 산화물로 구성한 것을 특징으로 하는 고주파 유전체 조성물.
제1항에 있어서, 상기 BaTiO₃-Nd₄Ti₅O₁₆-Bi₂Ti₂O₇-TiO₂계 세라믹스의 고주파 유전체 조성물 조성물에 0.12.0wt의 AB₂O₆, A₂B₂O₇(A: Ni, Co, B: Ta, Nb)를 개별적으로 첨가한 자기조성물로 이루어진 것을 특징으로 하는 고주파 유전체 조성물.
제1항에 있어서, 상기 BaTiO₃-Nd₄Ti₅O₁₆-Bi₂Ti₂O₇-TiO₂계 세라믹스의 고주파 유전체 조성물에 0.12.0wt의 AB₂O₆, A₂B₂O₇(A: Ni, Co, B: Ta, Nb)를 동시에 첨가하는 것을 특징으로 하는 고주파 유전체 조성물.